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PERFECTIONNEMENTS AUX MACHINES DYNAMO-ELECTRIQUES.
La présente invention se rapporte aux machines dynamo-électriques à collecteur, dont la réaction d'induit engendre le courant d'excitation, ainsi qu'aux systèmes électriques comportant de telles machines et à leurs diverses applications.
Les machines à courant continu excitée@par la réaction d'induit peuvent être utilisées comme moteurs, génératrices, convertisseurs rotatifs, régulateurs, etc.. Elles comportent une armature munie de son enroulement et un collecteur de type classique. Le stator comporte généralement un circuit magnétique n'oppohant qu'une faible réluctance au passage du flux magnétique créé par les ampère-tours de l'armature, et il peut comporter aussi divers
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enroulements destinés à améliorer le réglage et le fonctionnement de la machine.
Le principe essentiel de fonctionnement des machines de la présen- te invention est analogue à celui de la génératrice Rosenberg en ce sens qu'il est basé sur l'application du flux de la réaction d'induit créé par le courant circulant entre deux jeux de balais.
La Société demanderesse a constaté qu'en prévoyant des enroule- ments statoriques spéciaux d'excitation, une machine de ce genre peut fournir une tension variable susceptible d'être commandée, ou bien un courant variable, avec un rapport d'amplification très élevé. Ces caractéristiques sont particu- lièrement Importantes dans le cas où la machine est utilisée* pour commander d'autres appareils ou équipements électriques, tels que des régulateurs ou des systèmes d'exaitation.
Pour obtenir ce coefficient d'amplification élevé, en même temps qu'une faible constante de temps, on peut munir le stator d'un enroulement prin- cipal de commande ayant un très petit nombre de spires dans le but de réduire son inductance, et d'un autre enroulement d'excitation prévu pour neutraliser ou compenser la réaction normale d'induit produite par la charge appliquée à la machine ou par son courant secondaire.
Dans certaines conditions de fonctionnement, une telle machine est très instable et on peut prévoir une troisième excitation sensible à une caractéristique secondaire appropriée de la dite machine, dans le but de neutra- liser le couplage mutuel entre l'enroulement principal de commande et l'enroule- ment de compensation. Cet agencement amortit les oscillations produites par la machine et permet de l'employer sur des circuits d'utilisation de divers types.
Quand la dite machine est connectée à certains types de circuits extérieurs, il peut se manifester dans un tel système des oscillations'indésira- bles, particulièrement dans le cas où ce circuit d'utilisation, qui est connecté aux balais secondaires, constitue une charge inductive : etest par exemple le cas où la machine est utilisée comme excitatrice. Cette tendance d'amorçage d'oscil- lations entre le circuit d'utilisation et la mackine peut être pratiquement sup- primée par une étude spéciale du rapport entre l'enroulement de compensation et celui d'excitation du champ de commande.
L'enroulement d'induit a tendance à amortir les oscillations de courant continu à basse fréquence et à accroître les oscillations de haute fré- quence. D'autre part, l'enroulement de compensation tend à accroître les oscil- lations de basse fréquence, mais à amortir les oscillations de haute fréquence,
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Pour éviter l'apparition d'oscillations, les effets amortisseurs de l'enroulement de compensation et de l'enroulement d'induit doivent être égaux ou supérieurs aux effets qui tendent à accroître les dites oscillations.
Comme on l'a dit précédemment, on a constaté que les effets de ces deux enroulements en courant continu ou en courant alternatif sont opposés.
L'analyse de la question montre qu'il existe deux déphasages.gumulatifs qui fi- xent le rapport du courant de sortie ou du courant alternatif secondaire au oou- rant dans l'enroulement d'excitation du champ de commande, En basse fréquence, la somme de ces déphasages est inférieure à 90 par rapport au Ourant qui tra- verse le dit enroulement d'excitation;
Mais aux fréquences plus élevées, elle est supérieure à 90 ; dans ces conditions, lorsque la fréquence du courant alter- natif est telle que le déphasage dépasse 90 , la tendance du système à accroître les oscillations est plus grande que la tendance de la machine à les amortir; de plus, la compensation à courant continu dépend de la force magnéto-motrice de l'enroulement'd'Induit, alors qu'en cas d'oscillations du courant alternatif il existe un couplage mutuel supplémentaire entre l'enroulement de compensation et l'enroulement d'excitation effet analogue à celui des enroulements d'un transformateur, car ces deux enroulements de champ sont 'bobinés conoentriquement sur le stator de la machine.
Dans certaines machines, il est possible de pro- portionner l'enroulement de compensation et l'enroulement d'induit, ainsi que l'enroulement de commande, dans le but de supprimer les dites oscillations. Dans la plupart des cas toutefois, particulièrement lorsque la charge est fortement inductive, on a constaté qu'il y avait lieu d'ajouter un circuit séparé de rétro- couplage pour neutraliser l'effet de rétrocouplage interne des oscillations du- courant alternatif.
Un des objets de l'invention consiste à prévoir une machine dyna- mo-électrique possédant un fort coefficient d'amplification et des caractéristi- ques de réponse rapide.
L'invention a également pour objet de réaliser des systèmes com- portant une charge réactive alimentée par une machine dynamo-électrique à réac- tion d'induit, et des moyens pour éviter les oscillations entre la charge et la machine.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avan- tages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple non limitatif et dans les- quels
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La fig.1 est un exemple schématique d'un système préconisé par l'invention et comportant une charge inductive alimentée par une dynamo munie d'un agencement de l'excitation conforme à l'invention.
La fig. 2 est une simplification de la précédente.
Les fig.3 et 4 sont des variantes, la dernière illustrant l'agen- cement des enroulements d'excitation sur le stator d'une machine analogue à celle de la fig.l.
La fig.5 représente une autre variante relative à l'asservisse- ment réglable des machines de l'invention.
La fig.6 est un schéma d'un régulateur automatique comportant une machine du type amplidyne, et la fig.7 en représente l'agencement.
La fig.8 représente un montage de l'amplidyne comme survolteur- dévolteur.
La fig.9 est relative à un montage avec excitatrice intermédiaire,,
La fig.10 concerne un régulateur de vitesse, la fig.11, une variante analogue concernant le réglage du courant d'une machine à courant con- tinu ; la fig.12 est relative à des moyens anti-pompage.
La fig.13 est un schéma simplifié comportant un seul enroulement de commande au lieu de deux enroulements différentiels de l'amplidyne; la fig.14 en est une variante; la fig. 15 en est une autre variante.
La fig.16 est un schéma modifié d'amplidyne.
La fig.17 est un schéma modifié d'excitation différentielle.
Les fig.18 à 21 sont des schémas et diagrammes explicatifs.
Sur les fig.l à 4, on voit une machine excitée par la réaction d'induit, agissant comme génératrice et oomportant une armature 10 et un collec- teur du type classique, le tout entraîné à une vitesse constante par une machine non représentée.
A titre d'exemple, on a représenté une machine à deux pôles d'en- citation, et comme le montre la fig.4, chaque pôle comporte deux pièces polaires montées sur la culasse 11. Dans ce cas, l'armature a un jeu de balais primaires 12 et 13 mis en court-circuit par un conducteur 14 pour créer un circuit primaire dans l'armature. Les deux balais secondaires 15 et 16 créent dans l'armature un circuit secondaire.
En vue d'obtenir une distribution équilibrée des courante dans les diverses parties de l'armature, les balais secondaires 15 et 16 sont décalés par rapport aux balais primaires 12-13 de 90 environ, Comme les balaie primaires sont mis en court-circuit, il suffit d'un flux très faible pour induire
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entre les dits balais une tension de laquelle il résulte un courant primaire relativement fort qui traverse la partie de l'induit connectée entre les dits balais. Ce courant primaire engendre un flux magnétique ou réaction primaire d'induit le long de l'axe primaire représenté par la flèche 17. Comme l'induit 10 est en rotation, les conducteurs connectés aux balais secondaires 15 et 16 coupent le flux primaire de réaction et une tension apparaît à leurs bornes.
Si ces balais sont connectés à un certain circuit tel que l'enroulement d'excitation 18 d'un moteur 19, par les conducteurs 20 et 21, un courant secondaire traverse l'autre circuit de l'Induit et produit une réaction d'induit secondaire suivant l'axe de ces balais, comme l'indique la flèche 22.
Pour commander la caractéristique secondaire de la génératrice, on a prévu uh enroulement d'excitation 23 fournissant une composante d'excita- tion magnétique suivant l'axe secondaire de commutation de la machine, en oppp.. sition avec la réaction secondaire d'induit 22, comme Indiqué par les flèches.
Oomme on le voit sur la fig.4, les sections de cet enroulement d'excitation sont montées sur les pièces polaires 24 et 25, de façon à créer, dans celles-ci, une composante du flux d'excitation agissant dans le même sens par rapport à l'arma- ture, ainsi que sur les pièces polaires 26 et 27,en vue de créer sur chacune de ces pièces polaires une aimantation de signe contraire par rapport à celle des pièces polaires 24 et 25. L'excitation produite ainsi par les fractions de l'enroulement 23 montées sur les pièces polaires 24, 25, 26 et 27, induit une force électromotrice entre les balais primaires 12 et 13.
Tous moyens de réglage, par exemple une résistance variable 28 en série avec l'enroulement 23 permettent de faire varier le courant dans cet enroulement et de régler l'excitation corré..; lative, Comme on le voit sur la fig.4, l'effet de cet enroulement sur les quaqt tre pièces polaires 24, 25, 26,27 est équivalent à celui de deux pièces polaires placées suivant l'axe de commutation des balais secondaires 15 et 16. En pré- voyant des pièces polaires séparées, comme le montre le dessin, ou un enroulement réparti logé dans une encoche orientée suivant l'axe des balais secondaires, on améliore la commutation de la machine, car le flux coupé par les conducteurs connectés directement aux balais se trouve réduit.
L'excitation fournie par l'enroulement de commande 23 s'oppose à la réaction secondaire d'induit 22, et la sensibilité de sa commaide peut être accrue en réduisant le flux de la réaction d'induit secondaire. Pour obtenir ce tésultat, on prévoit un enroulement d'excitation 29 qui fournit une composante d'excitation orientée suivant l'axe secondaire de commutation de la machine en
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opposition avec la réaction secondaire d'induit 22, comme l'indiquent les flè- ches. L'excitation fournie par cet enroulement permet de neutraliser sensiblement le couplage maghétique du courant qui traverse le circuit secondaire d'armature avec le circuit primaire, en neutralisant pratiquement le flux de réaction d'in- duit suivant l'axe secondaire.
Cet enroulement d'excitation 29, prévu pour neutraliser pratique- ment la réaction d'induit 22 pour toutes les valeurs de charge, est monté sur les pièces polaires 24, 25, 26, 27, de façon à créer une composante orientée suivant l'axe secondaire de commutation de l'induit dans le même sens que l'en- roulement d'excitation 23.
La compensation créée par cet enroulement 29 est proportionnelle au courant secondaire ou courant d'utilisation traversant l'induit, le dit en- roulement étant en série avec le balai secondaire 15, et comme les balais 15 et 16 sont disposés entre les pièces polaires, le flux de compensation n'affecte sensiblement pas la commutation, La répartition de ce flux, dû à cette disposi- tion de l'enroulement, est plus efficace que s'il n'y avait qu'une seule pièce polaire montée directement suivant l'axe secondaire de commutation.
L'efficacité de cet enroulement compensateur 29 peut encore être améliorée en disposant l'enroulement de façon que sa force magnétomotrice soit répartie plus uniformément sur la périphérie de l'armature. Grâce à ce système de compensation, de réaction d'induit secondaire, l'enroulement de commande d'excitation 23 ne doit fournir qu'une excitation relativement faible et peut par conséquent, être réduit en dimensions il s'en suit une réduction corréla- tive de sa résistance et de son impédance, ce qui augmente la rapidité et la sensibilité du réglage,
On peut donc réaliser sur la machine décrite un facteur d'ampli- fication élevé, c'est-à-dire qu'une très faible quantité d'énergie est nécessaire pour l'enroulement de commande, et la machine se trouve particulièrement sensi- ble aux variations d'excitation.
On notera toutefois qu'une excitation suivant l'axe primaire qui produit la tension d'utilisation est fournie par le circuit primaire d'induit. En général, le courant d'excitation primaire dans ce circuit sera du même ordre de grandeur que le courant d'utilisation, de telle sorte que le courant qui traverse l'induit est sensiblement le double de celui qui tra- verse une machine normale de même puissance, construite suivant la méthode ha- bituelle, Ce courant supplémentaire augmente réchauffement de la machine et l'induit devrait donc être plus gros que dans les machines classiques à courant
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continu de même puissance, afin de supporter cet échauffement supplémentaire.
La source primaire d'excitation peut être déplacée et passée de l'enroulement d'induit à un enroulement prévu sur le stator en ajoutant un enroulement d'exci- tation connecté directement aux bornes des balais secondaires, de façon àdfour- nir une composante magnétique dont la polarité est telle que le flux créé par cet enroulement soit de même sens que le flux primaire 17 de réaction d'induit.
Pour obtenir ce résultat, on peut prévoir un enroulement 30, comme on le voit fig.l et 4, auquel on applique la tension secondaire ou tension d'utilisation de la machine; on le dispose sur les pièces polaires 24, 25, 26 et 27 de manière à fournir une composante d'excitation orientée suivant l'axe primaire de commu- tation, comme l'indiquent les flèches, ayant te même sens que le flux primaire 17 de réaction d'induit, De la sorte, l'enroulement 30 engendre deux pôles, chacun d'eux comportant deux pièces polaires,
Cette excitation introduit toutefois un rétrooouplage magnétique Indésirable avec le circuit secondaire d'armature,
ce qui peut produire des courants transitoires anormalement élevés dans ce circuit par suite de l'ampli- fication des variations de tension secondaire par cet enroulement d'excitation.
Pour éditer ce rétrocouplage, l'enroulement 30 est connecté aux bornes secon- daires de l'induit par l'intermédiaire d'une résistance variable 31 et d'une réactance 32, montées extérieurement au circuit magnétique de la machine, de telle sorte que l'enroulement 30 puisse fournir l'excitation nécessaire avec un petit nombre de spires ayant une inductance et une résistance faibles. La réac- tance externe 32 et la résistance 31, connectées en série avec l'enroulement d'excitation 30, accroissent effectivement la réactance et la résistance de cet. enroulement d'excitation; elles amortissent l'effet des courants transitoires consécutivement à l'alimentation de l'enroulement et stabilisent la machine.
La constante de temps et la sensibilité du réglage de la machine peuvent être améliorées comme on le voit sur les fig.l et 4, en connectant unit inductance 33 et une résistance 34 aux bornes de l'enroulement de commande 23,, Ce circuit est prévu avec une réaotance sensiblement plus élevée que celle de l'enroulement 23, de manière que tout accroissement de tension agisse Immédiate- ment sur le champ 23, et qu'un très faible accroissement instantané de courant se produise dans le circuit en dérivation. Quand le courant augmente dans l'in- ductance 33, l'accroissement correspondant de chute de tension sur la résistance 28 diminue la valeur du courant dans l'enroulement 23 pour l'amener aux condi- tions de régime stable.
D'autre part, quand la tension est réduite ou supprim4e
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sur les bornes de l'enroulement 23, l'inductance de la bobine 33 engendre une tension aux bornes de l'enroulement 23 de sens opposé à la tension qu'on vient de couper, de telle sorte que le courant qui traverse l'enroulement 23'non seu- lement diminue du fait que la tension d'excitation a été supprimée, mais tend même à changer de sens. De cette manière, la sensibilité du flux de commande aux variations de tension qui lui est appliquée est considérablement accrue et la constante de temps de ce circuit de réglage est corrélativement diminuée.
Les oscillations entre le circuit d'utilisation et la machine peuvent être pratiquement supprimées par l'étude appropriée de l'enroulement de compensation et de l'induit, ainsi que des enroulements d'excitation. Dans la plupart des cas toutefois, particulièrement dans le cas d'une charge fortement inductive, on a constaté qu'il y avait lieu d'ajouter un circuit séparé de rétro- couplage pour neutraliser l'effet interne de rétrocopulage d'oscillations du courant alternatif* Ceci est visible sur les fig. 1 et 4.
Un tel circuit de neutralisation peut comporter un enroulement d'excitation 35 prévu sur les pièces polaires du stator, de manière à engendrer une force magnétomotrice sur chacune des dites pièces polaires agissant en sens contraire de l'enroulement 29 de compensation. L'alimentation de l'enroulement 35 dérive du secondaire de la machine, de telle sorte que les oscillations du courant alternatif ont des effets opposés dans l'enroulement de compensation 29 et dans l'enroulement 36. Ce dernier peut être connecté de diverses manières qui permettent d'obtenir le même résultat. Sur la fig.l, il est relié par un conden- sateur 36 aux bornes secondaires de la machine.
Sur la fig. 4, on voit une autre variante de connexion de l'enrou- lement 35 ; laconnexion se fait alors sur le secondaire 37 d'un transformateur dont le primaire 38 est relié aux bornes secondaires de la machine.
Sur la fig.3, on a représenté un enroulement 39 en série avec les balais primaires 12 et 13 et prévu pour créer une composante d'excitation suivant l'axe primaire de commutation et de même sens que la réaction primaire d'induit 17. Par conséquent, pour obtenir une tension secondaire donnée, le courant d'in- duit primaire doit être réduit de la quantité qui serait nécessaire pour fournir l'excitation de l'enroulement 39. Un autre enroulement d'excitation 40 est dis- posé de manière à créer une composante d'excitation opposée à celle de l'enrou- lement 23, et il est connecté par l'inductance 41 aux bornes d'une résistance variable 42.
De cette façon, l'excitation de l'enroulement 40 dépend de la charge appliquée à la machine 10, mais par suite de la présence de l'inductance 41, aa
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réponse aux variations de la valeur du courant d'utilisation n'est pas immédiate et se trouve légèrement retardée. Par conséquent, l'enroulement 23 tend à produits de plus grandes variations transitoires d'excitation quand on fait varier ltexci- tation permanente suivant son axe. Ce dispositif aooélère donc l'action de lten- roulement de commande et il peut être utilisé dans des machines analogues à cel- les représentées fig.1, 2 et 4.
Les machines des fige 1 et 2 sont compensées pour des oscillations de courant continu ou alternatif et comportent aussi un enroulement statorique prévu pour réduire l'échauffement de l'armature, mais dans certains cas il est possible d'obtenir un fonctionnement satisfaisant avec une machine telle que cel- le de la fig.2,
Les formes de réalisation décrites plus haut peuvent être modi- fiées sans sortir du cadre de la présente invention, en particulier en ce qui concerne les moyens destinés à réaliser la réponse accélérée de la machine aux variations du flux de commande.
En se référant à la fig.5, on décrira par exemple d'autres dis- positions permettant de réaliser un asservissement réglable dans de grandes li- mites. On peut notamment réaliser à l'aide de l'enroulement 29 (qui joue un rôle analogue à celui des enroulements ayant le même nombre de référence dans les fig, 1 à 4), une surneutralisation, dont on équilibre statiquement l'excès par un enroulement inducteur anti-shunt 35, tlui est ici monté en série avec un rhées- tat 43, l'ensemble étant relié aux bornes du circuit secondaire par l'ltermédiai- re d'une résistance potentiométrique 44, l'asservissement pouvant être réglé à la fois en agissant sur 43 et sur 44.
Lorsque la prise variable 47 du potentiomètre est en X, avec maximum de résistance 43, l'asservissement est très énergique, tandis que lorsque cette prise est en Y, avec 43 en court-circuit, il est, au contraire, très modéré.
Le rhéostat 43 sert également au réglage du degré de stabilité* En régime stable, en réglant le nombre d'ampères-tours de l'enroulement anti- shunt 35 au moyen du rhéostat 43, on varie le degré de compensation exercé par l'enroulement 29, o'est-à-dite on règle la sensibilité de réponse de l'enroule- ment de contrôle 23.
La puissance demandée par l'asservissement étant très faible, les résistances 43 et 44 sont très petites et leur consommation est minime.
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Une soupape double 46, très résistante à courant nul et très peu résistante en charge, peut être disposées pour faciliter l'amorçage.
Une autre disposition réalisant un asservissement encore plus énergique lorsqu'une dynamo conforme à l'invention est utilisée pour alimenter un circuit 18 ayant une faible constante de temps, peut être appliquée soit in- dépendamment de celle qui vient d'être décrite, soit en combinaison avec elle.
Conformément à cette autre disposition, on fait débiter les balais 16-16 sur une résistance réglable 45. Le courant que celle-ci absorbe ne fait pas partie du courant traversant l'enroulement 29 et n'est pas par conséquent neutralisé par ce dernier* La résistance 45 étant réglable et en prévoyant un réglage du nom- bre de spires destinées à la surneutralisation pour pouvoir compenser statique- ment la perte de sensibilité due à la présence de cette résistance, on peut ré- gler l'amortissement optimum de l'ensemble.
Comme il a été signalé plus haut, les machines et les systèmes de la présente Invention sont susceptibles de nombreuses applications, A titre d'application particulière, on décrira maintenant leur usage comme régulatrices diverses, en se référant aux fig, 6 à 16*
Dans ce genre d'applications, l'élément principal du système régulateur est constitué par un amplificateur offrant un coefficient d'amplifi- cation très élevé et une constante de temps très réduite, Les moyens de l'in- vention permettent par exemple de réaliser une variation de 20.000 Watts de l'énergie de sortie dans un temps de l'ordre de 1/60 de seconde, pour une va- riation de un Watt seulement de l'énergie d'entrée,
Les machines spéciales à courant continu, analogues à celles qu'on vient de décrire, et destinées à produire des résultats de ce genre,
seront dé- signées par la suite comme "amplidynes".
Elles peuvent être commandées par des circuits simples ne compor- tant aucune pièce mobile et n'introduisant pratiquement aucun retard. Ces organes de réglage sont peu coûteux et de petites dimensions; on peut les monter dans le socle ou au bout de l'arbre de la machine, si bien qu'il n'est pas nécessaire d'avoir un régulateur extérieur, Quelle que soit la puissance de la machine, ces circuits peuvent être prévus pour supporter une puissance de deux ou trois Watts seulement.
On supprime, grâce à l'application d'amplidynes, l'inertie des pièces mobiles des régulateurs connus jusqu'alors et aussi l'inertie électrique des excitatrices usuelles et la vitesse de réponse du régulateur conforme à l'inven- tion dépasse de loin délie des régulateurs connus; on obtient une action oompen-
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-satrice pratiquement en même temps que se produit la variation de grandeur à régler.
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L'enroulement série compensateur fournit en outre la réponse du régulateur en cas de phénomènes transitoires ou de variations déséquilibrées dans le circuit d'utilisation de la machine principale. Ces variations induisent généralement des courants transitoires dans le circuit d'excitation de la machine principale, et ces courants transitoires, en traversant l'enroulement de compen- sation de l'amplidyne, provoquent une variation rapide et importante de sa ten- sion dans le sens convenable pour assurer une régulation correcte.
De plus, la présence de l'enroulement compensateur donne la certitude que l'amplidyne est auto-excitatrice et stable sur les charges inductives,
La Société demanderesse a constaté qu'avec un système régulateur conforme à l'invention, agissant sur la tension d'un alternateur principal, le retour à la tension normale est si rapide qu'il est difficile de noter la baisse de tension Initiale sur un voltmètre ordinaire. Ce retour rapide rend impercepti- -bles les fluctuations dans les lampes et permet le démarrage sur le secteur de moteurs assez puissants sans qu'ils produisent des fluctuations lumineuses dans ledit secteur.
Sur la fig. 6, on voit par exemple une génératrice 19 triphasée dont l'enroulement excitateur est représenté en 18 et qui reçoit du courant pro- venant de l'excitatrice 3 fonctionnant en amplidyne, comme on l'a dit précédem- ment. Sur la fig.7, on voit l'agencement de cette machine. Elle comporte une armature 10 du type classique dont une spire d'enroulement est indiquée en 4'.
Cette armature tourne dans un champ bipolaire 11 à quatre pièces polaires 24, 25, 26, 27. Elle comporte deux balais 16 et 15 à 1800 l'un de l'autre et deux autres balais en court-circuit 12 et 13 à angle droit par rapport aux autres.
L'armature 10 est entraînée à vitesse constante par une machine appropriée (elle peut d'ailleurs l'être directement par l'alternateur 19), dans un sens tel que si les pôles 24 et 25 sont des pôles nord et les pôles 26 et 27 des pôles sud, le balai 16 est positif et le balai 15 négatif.
Les deux enroulements de commande 23 et 23' sont montés sur les pièces polaires 24, 25, 26,27 respectivement; ils peuvent être enroulés sépa- rément autour de chaque pièce polaire ou ensemble autour de deux pièces polaires, comme représenté, mais ils sont en tout cas disposés de manière à ce que les pièces polaires 24 et 25 soient de polarité opposée aux pièces polaires 26 et 27.
Le fonctionnement de cette machine est analogue à celui des
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machines décrites plus haut : les éléments jouant le même rôle sont désignés par les mêmes références.
On voit que la machine de la fig.7 comporte les enroulements de commande supplémentaires 48 et 49 qui produisent dans l'induit un flux suivant le même axe que celui produit par les enroulements de commande 23 et 23'. Le rôle de ces enroulements supplémentaires sera décrit plus loin. Les enroulements 23, 29 et 30 ont été représentés sur toutes les pièces polaires pour des raisons de symétrie, mais on conçoit que chacun de ces différents enroulements peut n'étte bobiné que sur une paire de pôles, si on le désire: c'est le cas des enroulements 48 et 49.
En se reportant à nouveau à la Fig.6. on voit que la tension de l'amplidyne 3 est rendue sensible à celle de l'alternateur 19 du fait qu'on connecte l'enroulement de commande 23 aux bornes de l'alternateur 19 par l'in- termédiaire d'un transformateur de tension 50, d'un auto-transformateur réglable 51 et d'un redresseur 52. L'enroulement de commande 48 est connecté de'façon à agir en sens contraire; il est alimenté en parallèle avec le redresseur 52, à travers un circuit à caractéristique non linéaire, tel qu'une réactance forte- ment saturée 53 et un autre redresseur 54.
Pour éviter le pompage, on prévoit un transformateur de stabili- sation 55 dont le primaire est connecté aux bornes de l'enroulement 18, et le secondaire aux bornes d'un enroulement 49.
Pour découpler l'enroulement 30 de l'induit 10 de l'amplidyne, in a connecté en série avec cet enroulement une impédance représentée sous forme d'une réactance 32 qui accroît fortement la réactance de fuite de l'enroulement 30, sans modifier la réactance mutuelle de l'enroulement 30 et de l'induit 10; cet accroissement de la réactance de fuite a un effet marqué de découplage. Pour régler le courant dans l'enroulement shunt 30, on prévoit un rhéostat série 31.
Afin que l'excitatrice 10, type amplidyne, puisse faire monter sa tension de sortie, l'enroulement compensateur 29 est prévu suffisamment fort pour engendrer une légère surcompensation pour la réaction normale d'induit.
Pour limiter la tension de l'amplidyne et éviter que l'enroulement de surcompensation 29 ne fournisse une tension trop élevée, l'enroulement à ac- tion opposée 48 est agencé de manière que son action prédomine sur celle de l'en- roulement de commande 23 quand la tension de la génératrice 19 est normale, et cette différence entre l'effet des deux enroulements est pratiquement égale et opposée à l'effet de surcompensation de l'enroulement série.
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Le fonctionnement du système représenté fig.6 est le suivant la tension normale que l'on désire maintenir est déterminée par le réglage de l'auto-transformateur 51, Le rhéostat 31 est réglé de manière que l'enroulement shunt 30 fournisse pratiquement la totalité du flux nécessaire pour que l'ampli- dyne 10 produise le courant voulu dans l'enroulement principal d'excitation 18, de façon à obtenir la tension normale,
Si alors la tension de l'alternateur 19 tend à décroître pour une raison quelconque, telle que l'application soudaine d'une charge sur la li- gne,
le courant dans l'enroulement 48 de dévoltage décroît proportionnellement beaucoup plus que le courant dans l'enroulement 23 par suite de la présence de la réactance saturée 53 qui engendre une variation plus grande du courant dans son circuit par rapport à la variation du courant qui traverse le circuit à ca- ractéristique linéaire contenant l'enroulement 23. En conséquence, l'effet ré- sultant dévolteur des enroulements 23 et 48 diminue; ce qui permet à l'amplicyne 10 d'augmenter rapidement sa tension et par conséquent d'accroître l'excitation et aussi la tension de l'alternateur.
Dans le cas d'un accroissement de tension de ce dernier, il se produit l'effet opposé et la prédominance de l'enroulement 48 ut l'enroulement 23 augmente, d'où il résulte une diminution rapide de la tension de l'excitatrice et par conséquent une baisse de celle de l'alternateur.
En régime permanent, la tension de l'enroulement 18 est constante, de telle sorte qu'aucune tension n'est induite dans le secondaire du transfor- mateur de stabilisation 55 et par conséquent aucun courant he traverse l'enrou- lement anti-pompage 49. Au cours du fonctionnement du régulateur, la tension aux bornes de 18 varie et cette variation, appliquée au primaire du transformateur 55 induit dans son secondaire une tension transitoire qui provoque le passage d'un courant dans l'enroulement de commande 49. Ce dernier est prévu de telle sorte que, lorsque la tension aux bornes de l'enroulement 18 augmente, le courant transitoire provoque un dévoltage de l'excitatrice et vice-versa, ce qui limite l'action du régulateur et empêche des dépassements.
Du fait que l'enroulement série 29 produit une surcompensation, le régulateur a tendance à avoir une caractéristique de tension légèrement crois- sante en fonction de la charge; si c'est à éviter, comme par exemple dans cer- tains cas de fonctionnement en parallèle de plusieurs alternateurs, des moyens appropriés, tels qu'un dispositif de compensation de chute de tension dans la ligne, peuvent être appliqués, de manière à affecter dans le sens voulu le sys-
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-tème en concordance avec les accroissements de charge, de telle sorte que le régulateur ait une caractéristique de tension horizontale ou même légèrement plongeante quand la charge au-,mente. Ces dispositifs sont d'ailleurs bien'connus des techniciens.
En plus de son rôle de compensation de la réaction normale d'in- duit et d'amorçage rapide de la tension par auto-excitation, l'enroulement série 29 remplit aussi d'autres fonctions importantes. C'est ainsi qu'il maintient l'excitation du système en cas de court-circuit de la machine principale 19.
Dans ce cas particulier la tension aux bornes de la machine tombe à zéro ou devient très faible, de telle sorte que les enroulements de commande soient in- suffisamment excités; en conséquence, si l'enroulement 29 n'existait pas, le système se désexciterait.
L'enroulement 29 a également pour but d'accélérer les variations transitoires utiles dans le circuit d'excitation. Il est bien connu que lorsqu'on applique brusquement une charge inductive à un alternateur, son excitation tend à diminuer fortement du fait de la réaction d'induit, et un extra-courant tran- sitoire traverse le circuit d'excitation ; enagissant sur l'enroulement série, ce courant augmente instantanément l'excitation de l'amplidyne avec ce résultat que la tension d'excitation augmente rapidement.
Le dit courant transitoire induit dans l'enroulement principal d'excitation 18, est généralement de fréquence plus élevée que la fréquence nor- male de l'alternateur, et la réactance 32 a aussi pour rôle d'améliorer la sta- bilité de l'excitatrice en empêchant ce courant de haute fréquence de traverser l'enroulement shunt 30.
Dans la variante de la fig.8, l'amplidyne joue le rôle de dévol- teur-survolteur; elle est connectée en série avec l'enroulement shunt 56 d'une excitatrice 57 intermédiaire dont les bornes sont connectées à l'enroulement 18.
Un rhéostat de champ 58 permet le réglage du courant dans le circuit d'excitation principal. Les enroulements 23 et 48, ainsi que l'enroulement anti-pompage 49, sont tous alimentés comme dans la fig.6, à cette exception près que, pour une tension normale de l'alternateur principal, les enroulements 23 et 48 se neutra- lisent pratiquement l'un l'autre. Si alors la tension s'écarte de la normale, l'alimentation de l'enroulement 48 augmente ou diminue plus vite que celle de l'enroulement 23, d'où il résulte une excitation réversible de l'amplidyne en- gendrant une inversion de polarité, de manière à dévolter ou à survolter la tension sur l'excitatrice intermédiaire 57.
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Ce circuit est avantageux en ce sens qu'en régime permanent, seule la différence entre la force électro-motrice engendrée et la ohute de ten- @ sion sur la résistance de champ doive être fournie par l'amplidyne, En choisis- sant correctement la valeur de la résistance 58, elle peut être rendue très fai- ble, De plus, l'excitatrice principale continue à fournir le courant, même si l'alternateur est en court-circuit, En conséquence, l'enroulement série 29h'a pas à fournir de surcompensation et peut être utilisé pour neutraliser rigoureu- sement la réaction normale d'induit.
Grâce à ce dispositif, la caractéristique de régulation de tension ne monte pas en charge et la compensation du courant de charge n'est pas nécessaire, Enfin, dans ce montage, l'enroulement shunt 30 cesse d'être utile du fait qu'en régime permanent le courant de sortie de l'am- plidyne est relativement faible. On peut donc supprimer le dit enroulement. Le transformateur de stabilisation et l'enroulement anti-pompage 18 fonctionnent de la même manière qu'il a été dit à propos de la fig.6.
Alors que dans la fig.8 l'amplidyne est utilisée comme dévolteur et comme survolteur dont la polarité est réversible, de manière à fournir une tension additive ou soustractive à celle de l'excitatrice 57, on conçoit que la dite amplidyne puisse également fontionner'à polarité constante, soit comme dé- volteur, soit comme survolteur, La seule différence réside dans le réglage du circuit de commande des enroulements 23 et 48, de telle sorte qu'ils fournissent les ampères-tours nécessaires pour la tension normale de l'alternateur.
Dans la variante de la fig.9, l'amplidyne est connectée comme excitatrice pilote fournissant toute l'excitation à l'enroulement 56 de l'exci- tatrice principale 57 qui devient alors une machine à excitation séparée, au lieu d'une machine à excitation en dérivation, L'amplidyne et ses connexions de com- mande peuvent'être les mêmes que dans la fig.6, mais par suite du retard intro- duit par l'excitatrice 57, la vitesse du régulateur de la fig.9 est moindre que celle du système de la fig,6,
Un des avantages des montages des fig. 8 et 9 consiste en ce qu'ils peuvent être utilisés avec peu de frais aux systèmes d'excitation normaux, du fait de la faible puissance de l'amplidyne.
Dans la fig.9, l'enroulement 30 est connecté en "dérivation courtd' contrairement à la fig.6 où il s'agissait d'une "dérivation longue", On a cons- taté qu'il en résulte fréquemment une amélioration de la stabilité. Le courant absorbé par le circuit d'excitation en dérivation ne traverse pas les enroulement
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compensateurs en série et ne contribue pas, par conséquent, à la compensation de la réaction normale d'induit.
Dans la fig.10, l'amplidyne est appliquée en combinaison avec un circuit de réglage automatique de vitesse d'un moteur à courant continu 59. Elle est reliée en série avec l'enroulement shunt 60 du moteur et peut être commandée de manière à fonctionner comme génératrice de force contre-électromotrice dans ce circuit d'excitation.
L'enroulement 23 de commande d'excitation est alimenté par la différence entre la tension de la génératrice tachymétrique 61 et la ten- sion constante d'une batterie 62, de telle sorte qu'à la vitesse normale, ces tensions sont égales et le oourant dans l'enroulement de commande est nul ; si la vitesse augmente ou diminue, la dite différence des tensions produit* dans l'en- roulement 23 des courants variables qui agissent sur la tension de l'amplidyne 10 de façon à maintenir la vitesse du moteur pratiquement constante, Le trans- formateur de stabilisation 55 agit en fonction de la tension de l'amplidyne, et son secondaire est relié en série avec l'enroulement de commande, en produisant des impulsions d'antipompage proportionnelles à la vitesse des variations de tension de l'amplidyne.
Ces Impulsions peuvent s'ajouter ou s'opposer à l'effet de l'enroulement 23.
La fig.ll diffère de la précédente en ce sens que la variable que l'on règle est le courant de la machine 59. Ce dernier est appliqué à ltenrou- lement de commande 23'par une dérivation 63 prévue dans le circuit principal de la machine 59, de telle sorte que l'enroulement 23 agit en fonction de la diffé- rence entre la chute de tension dans la dérivation et la tension de la batterie 62. Le reste du circuit et son fonctionnement sont Identiques à ce qui a été représenté fin--.10 et ce qui en a été dit.
Dans la variante de la fig.12, le secondaire du transformateur de stabilisation 55 est connecté en série avec l'enroulement 23, ce qui consti- tue un circuit anti-pompage analogue à celui de la fig.10, permettant l'élimi- nation de !.'enroulement anti-pompage 49. On connecte une résistance en parallèle avec le redresseur 52, de telle sorte que le transformateur 24 puisse fournir une tension inverse sur l'enroulement 23 et ne soit pas bloqué par le redresseur 52.
Dans la variante de la fig.13, les circuits de commande à carac- téristique lin@ire et non linéaire alimentent les redresseurs 52 et 54 de la fig*6; chacun de ces redresseurs a un circuit de sortie connecté aux bornes des
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résistances 64 et 65, et les chutes de tension produites dans chacune d'elles sont proportionnelles aux courants de sortie des dits redresseurs respectivement.
Ces résistances sont connectées en série avec un seul enroulement de commande 66 pour l'amplidyne. De cette façon, les effets de commande sont combinés électri- quement par les résistances 64 et 65, au lieu de l'être magnétiquement par les enroulements 23 et 48, de sorte qu'on peut se contenter d'un seul enroulement de commande.
Dans la fig.14, l'enroulement de commande 23 est alimenté par un circuit à courant continu constant, tandis que l'enroulement 48 l'est par le redresseur 54, comme dans la fig.6. Avec ce dispositif, le courant dans l'enrou- lement 23 sert d'étalon de comparaison pour le régulateur, et l'amplidyne agit en fonction de la différence des ampère-tours des enroulements 23 et 48 comme dans les fig.6, 8 et 9. Du fait que l'enroulement 23 est constamment alimenté, il produira toujours un flux de commande dans la direction convenable pour en- gendrer la tension de l'amplidyne 10, de telle sorte que tout manque de tension dans la machine principale, dû par exemple à un court-circuit, donnera lieu à une augmentation de la tension d'amplidyne, au lieu de la faire diminuer.
Pour cette raison, il n'est pas nécessaire d'avoir un enroulement série 29 pour sur- oompenser la réaction normale d'Induite En conséquence, l'enroulement 29 peut être dimensionné de manière à produire la compensation exacte,
Dans la fig.15, on a insébé entre les résistances 64 et 65 de la fig.13 et l'enroulement 66 un amplificateur d'un type approprié tel que par exemple une réactance à noyau saturable 67. Comme on le voit, cette réactance comporte un enroulement de saturation 68 à courant continu relié en série avec les résistances 64 et 65, ainsi qu'un enroulement 69 à courant alternatif con- necté aux bornes d'entrée d'un redresseur 70 dans un circuit alternatif alimenté par une source appropriée 71.
Les bornes de sortie à courant continu du redres- seur 70 sont connectées à l'enroulement 66. De cette façon, la moindre impulsion de régulation est amplifiée par la réactance 67 et ensuite par l'amplidyne 10.
On conçoit que les variantes des fig. 12,13, 14, 15, au lieu d'être appliquées séparément, puissent être combinées en totalité ou en partie dans des systèmes mixtes régulateurs.
Dans la fig.16, on prévoit un enroulement de champ transversal 72 qui agit pour réduire les pertes. Il remplace l'enroulement shunt 30 utilisé dans les fig.6, 7 et 9. Cet enroulement 72 est connecté en série avec les balais en court-circuit et il produit un flux suivant l'axe en court-circuit de l'arma-
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-ture.
Une autre disposition d'excitation différentielle appliquée à un enroulement de contrôle 66 unique est représentée par la fig.17, la tension à contrôler étant supposée appliquée entre les bornea 73 et 74.
Dans cette disposition, l'enroulement de contrôle 66 est alimenté par la différence des courants magnétisants des deux bobines de self-induction à trois enroulements; l'une de ces babinea, 75, est saturable et se compose de trois enroulements 76,77, 78, tandis que l'autre, 79, rendue non saturable grâce par exemple à des entrefers aménagés dans son circuit magnétique, se com- pose d'enroulements 80, 81, 82, Les deux bobines sont branchées sur le circuit à contrôler, de telle façon que chaque enroulement de la bobine 75 est relié avec un' enroulement correspondant de la bobine 79, Ainsi, les enroulements 76, 77 et 78 de la bobine 75 sont en série respectivement avec les enroulements 80, 81 et 82 de la bobine 79.
Cependant, tandis que les deux paires d'enroulements en série 76-80 et 77-81 ne peuvent être parcourues, grâce aux soupapes 83-84 et 85-86 disposées respectivement dans leurs circuits, que par des courants redres- sés, opposée les enroulements en série 78 et 82 sont traversés par un courant alternatif. L'enroulement de contrôle 66 est muni d'une prise médiane 90 qui le divise en deux demi-bobines identiques, reliées aux bobines de self-induction 75 et 79 de telle façon qu'elles soient traversées par la différence des courants redressés dans le sens indiqué par les flèches 1 et 1' pour l'alternance donnant à la borne 73 un potentiel positif par rapport à la borne 74, et par les flèches 2 et 2' pour l'alternance suivante, donnant à la borne 74 un potentiel positif par rapport à la borne 73.
Aux fig. 18 et 19 sont représentés les diagrammes de fonctionne- ment de ce système de réglage. La droite L et la courbe II de la fig.18 repré- sentent l'allure de la variation du courant en fonction de la tension respecti- vement dans la bobine non saturable 79 et dans la bobine saturable 75. La courbe III de la fig.19 donne l'allure des ampères-tours résultant dans l'enroulement de contrôle 66 en fonction de la tension. A la tension normale, représentée par les points de fonctionnement M et M' sur les diagrammes des fig.18 et 19, les courants parcourant chaque demi-bobine de l'enroulement de contrôle 66 se neu- tralisent.
En fonction des variations de la tension contrôlée, à chaque alter- nance, la perméabilité du circuit magnétique de la bobine 75 varie, le courant de l'une ou l'autre bobine de self-induction prédomine dans la même demi-bobine de l'enroulement de contrôle 66 et l'intensité et le sens du courant différentiel
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résultant ¯ i (voir fig.18) donne à l'enroulement de contrôle.66 les ampères- tours correspondant à la courbe III de la fig.19.
La tension réglée par ce régulateur, basé sur la variation de perméabilité avec l'induction, peut bien entendu représenter une-fonction de toute autre grandeur à régler, par exemple d'une intensité de courant ou d'une vitesse.
La fig.20 se rapporte au cas particulier où une machine conforme à, l'invention sert au réglage de tension d'un alternateur dont l'entraînement se fait par moteur thermique, ce qui donne une légère survitesse à vide ou en- core au cas où on veut réaliser de l'hypercompoundageo
Conformément à l'invention, on applique, dans ce cas, aux bornes 73-74 du régulateur, une tension plus faible que la tension réelle à contrôler, d'une valeur proportionnelle à la charge.
On obtient ce résultat en branchant le régulateur sur la tension composée à contrôler, par exemple sur la tension entre B et 0 de la fig.20, représentée sur le diagramme de la fig.21 par le vecteur BC, par l'intermédiai- re d'un transformateur d'intensité différentiel, sensible à cos @= 1 et non sensible à cos @ = 0, Il ressort du diagramme de la fig.21 que pour un courant watté, c'est-à-dire en phase avec la tension étoilée, la tension aux bornes du transformateur d'intensité @@ est en opposition par rapport à la tension com- posée BC appliquée à vide aux bornes du régulateur et réduit cette dernière à la valeur BD. Pour le courant déwatté, la tension aux bornes du transformateur sera en quadrature avec la tension composée à contrôler.
Le rhéostat 92, qui permet de varier la tension du secondaire du transformateur d'intensité, sert à la correction du statisme du régulateur du
EMI19.1
moteur d'entratnement et éventuellement au réglage de ltliypercompoundage*
Bien qu'on ait représenté et décrit plusieurs formes de réalisa- tion de l'invention il est évident qu'on ne désire pas se limiter à ces formes particulières, données simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère restrictif et que par conséquent toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus, rentremient comme elles dans le cadre de 1'invention,
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IMPROVEMENTS IN DYNAMO-ELECTRIC MACHINES.
The present invention relates to dynamo-electric machines with a collector, the armature reaction of which generates the excitation current, as well as to electrical systems comprising such machines and to their various applications.
Direct current machines excited by the armature reaction can be used as motors, generators, rotary converters, regulators, etc. They comprise an armature provided with its winding and a collector of the conventional type. The stator generally comprises a magnetic circuit opposing only a weak reluctance to the passage of the magnetic flux created by the ampere-turns of the armature, and it can also include various
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windings intended to improve the adjustment and operation of the machine.
The essential operating principle of the machines of the present invention is analogous to that of the Rosenberg generator in that it is based on the application of the flux of the armature reaction created by the current flowing between two sets of broom.
The Applicant Company has found that by providing special stator excitation windings, a machine of this type can provide a variable voltage capable of being controlled, or else a variable current, with a very high amplification ratio. These features are especially important when the machine is used * to control other electrical appliances or equipment, such as regulators or exation systems.
To obtain this high amplification coefficient, together with a low time constant, the stator can be provided with a main control winding having a very small number of turns in order to reduce its inductance, and another excitation winding provided to neutralize or compensate for the normal armature reaction produced by the load applied to the machine or by its secondary current.
Under certain operating conditions, such a machine is very unstable and a third excitation responsive to an appropriate secondary characteristic of said machine can be provided for the purpose of neutralizing the mutual coupling between the main control winding and the control. compensation winding. This arrangement dampens the oscillations produced by the machine and allows it to be used on user circuits of various types.
When the said machine is connected to certain types of external circuits, undesirable oscillations may appear in such a system, particularly in the case where this user circuit, which is connected to the secondary brushes, constitutes an inductive load. : and is for example the case where the machine is used as an exciter. This tendency to initiate oscillations between the load circuit and the mackine can be practically suppressed by a special study of the relationship between the compensating winding and that of excitation of the control field.
The armature winding tends to dampen low frequency direct current oscillations and increase high frequency oscillations. On the other hand, the compensation winding tends to increase the low frequency oscillations, but to dampen the high frequency oscillations,
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To avoid the appearance of oscillations, the damping effects of the compensation winding and of the armature winding must be equal to or greater than the effects which tend to increase said oscillations.
As said previously, it has been found that the effects of these two windings in direct current or in alternating current are opposite.
The analysis of the question shows that there are two cumulative phase shifts which fix the ratio of the output current or the secondary alternating current to the current in the excitation winding of the control field, In low frequency, the sum of these phase shifts is less than 90 with respect to the Ourant which passes through said excitation winding;
But at higher frequencies, it is greater than 90; under these conditions, when the frequency of the alternating current is such that the phase shift exceeds 90, the tendency of the system to increase the oscillations is greater than the tendency of the machine to damp them; furthermore, the DC compensation depends on the magneto-motive force of the armature winding, whereas in case of oscillations of the AC current there is an additional mutual coupling between the compensation winding and the excitation winding effect analogous to that of the windings of a transformer, since these two field windings are 'wound conoentrically on the stator of the machine.
In certain machines, it is possible to proportion the compensating winding and the armature winding, as well as the control winding, in order to suppress said oscillations. In most cases, however, particularly when the load is highly inductive, it has been found that a separate feedback circuit needs to be added to counteract the internal feedback effect of the AC oscillations.
One of the objects of the invention consists in providing a dynamo-electric machine having a high amplification coefficient and rapid response characteristics.
Another object of the invention is to provide systems comprising a reactive load supplied by a dynamo-electric machine with armature reaction, and means for preventing oscillations between the load and the machine.
The new characteristics and the advantages of the invention will be better understood by referring to the following description and to the drawings which accompany it, given simply by way of non-limiting example and in which
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FIG. 1 is a schematic example of a system recommended by the invention and comprising an inductive load supplied by a dynamo provided with an excitation arrangement according to the invention.
Fig. 2 is a simplification of the previous one.
Figs. 3 and 4 are variants, the last showing the arrangement of the excitation windings on the stator of a machine similar to that of fig.l.
FIG. 5 represents another variant relating to the adjustable servo-control of the machines of the invention.
FIG. 6 is a diagram of an automatic regulator comprising a machine of the amplidyne type, and FIG. 7 represents the arrangement thereof.
Fig. 8 represents an assembly of the amplidyne as a booster-buckle.
Fig. 9 relates to an assembly with an intermediate exciter ,,
Fig.10 concerns a speed regulator, Fig.11, a similar variant concerning the regulation of the current of a direct current machine; fig.12 relates to anti-pumping means.
FIG. 13 is a simplified diagram comprising a single control winding instead of two differential windings of the amplidyne; Fig.14 is a variant; fig. 15 is another variant.
Fig. 16 is a modified diagram of amplidyne.
Fig. 17 is a modified diagram of differential excitation.
Figs. 18 to 21 are explanatory diagrams and diagrams.
In Figs. 1 to 4, we see a machine excited by the armature reaction, acting as a generator and having an armature 10 and a collector of the conventional type, all driven at a constant speed by a machine not shown.
By way of example, there is shown a machine with two excitation poles, and as shown in FIG. 4, each pole comprises two pole pieces mounted on the yoke 11. In this case, the armature has a set of primary brushes 12 and 13 short-circuited by a conductor 14 to create a primary circuit in the armature. The two secondary brushes 15 and 16 create a secondary circuit in the armature.
In order to obtain a balanced distribution of the currents in the various parts of the armature, the secondary brushes 15 and 16 are offset with respect to the primary brushes 12-13 by approximately 90, As the primary brushes are short-circuited, a very low flux is enough to induce
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between said brushes a voltage from which a relatively strong primary current results which crosses the part of the armature connected between said brushes. This primary current generates a magnetic flux or primary armature reaction along the primary axis represented by the arrow 17. As the armature 10 is rotating, the conductors connected to the secondary brushes 15 and 16 cut off the primary reaction flow. and a voltage appears across them.
If these brushes are connected to some circuit such as excitation winding 18 of a motor 19, through conductors 20 and 21, a secondary current flows through the other circuit of the armature and produces an armature reaction secondary along the axis of these brushes, as indicated by arrow 22.
To control the secondary characteristic of the generator, an excitation winding 23 is provided, providing a magnetic excitation component along the secondary switching axis of the machine, in opposition to the secondary armature reaction. 22, as indicated by the arrows.
As can be seen in fig. 4, the sections of this excitation winding are mounted on the pole pieces 24 and 25, so as to create, therein, a component of the excitation flux acting in the same direction relative to the armature, as well as on the pole pieces 26 and 27, in order to create on each of these pole pieces a magnetization of opposite sign with respect to that of the pole pieces 24 and 25. The excitation thus produced by the fractions of the winding 23 mounted on the pole pieces 24, 25, 26 and 27, induces an electromotive force between the primary brushes 12 and 13.
Any adjustment means, for example a variable resistor 28 in series with the winding 23, make it possible to vary the current in this winding and to adjust the corresponding excitation. As can be seen in FIG. 4, the effect of this winding on the four pole pieces 24, 25, 26,27 is equivalent to that of two pole pieces placed along the switching axis of the secondary brushes 15 and 16. By providing for separate pole pieces, as shown in the drawing, or a distributed winding housed in a notch oriented along the axis of the secondary brushes, the switching of the machine is improved, because the flux cut by the conductors connected directly to the brushes is reduced.
The excitation provided by the control winding 23 opposes the secondary armature reaction 22, and the sensitivity of its control can be increased by reducing the flux of the secondary armature reaction. To obtain this tésultat, an excitation winding 29 is provided which provides an excitation component oriented along the secondary switching axis of the machine in
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opposition to the side reaction of armature 22, as indicated by the arrows. The excitation provided by this winding makes it possible to substantially neutralize the maghetic coupling of the current which passes through the secondary armature circuit with the primary circuit, by practically neutralizing the reaction flux induced along the secondary axis.
This excitation winding 29, provided to practically neutralize the armature reaction 22 for all load values, is mounted on the pole pieces 24, 25, 26, 27, so as to create a component oriented along the line. Secondary armature switching axis in the same direction as the excitation winding 23.
The compensation created by this winding 29 is proportional to the secondary current or operating current flowing through the armature, said winding being in series with the secondary brush 15, and since brushes 15 and 16 are arranged between the pole pieces, the compensation flux does not appreciably affect the switching. The distribution of this flux, due to this arrangement of the winding, is more efficient than if there were only one pole piece mounted directly following the secondary switching axis.
The efficiency of this compensating winding 29 can be further improved by arranging the winding so that its magnetomotive force is distributed more evenly over the periphery of the armature. Thanks to this compensation system, secondary armature reaction, the excitation control winding 23 must provide only a relatively weak excitation and can therefore be reduced in size, resulting in a correlation reduction. tive of its resistance and its impedance, which increases the speed and sensitivity of the adjustment,
It is therefore possible to achieve on the machine described a high amplification factor, that is to say that a very small amount of energy is required for the control winding, and the machine is particularly sensitive. ble to variations in excitation.
It will however be noted that an excitation along the primary axis which produces the operating voltage is supplied by the primary armature circuit. In general, the primary excitation current in this circuit will be of the same order of magnitude as the operating current, so that the current flowing through the armature is roughly twice that flowing through a normal machine. same power, built according to the usual method, This additional current increases the heating of the machine and the armature should therefore be larger than in conventional current machines
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of the same power, in order to withstand this additional heating.
The primary excitation source can be moved and passed from the armature winding to a winding provided on the stator by adding an excitation winding connected directly to the terminals of the secondary brushes, so as to provide a magnetic component. the polarity of which is such that the flux created by this winding is in the same direction as the primary flux 17 for the armature reaction.
To obtain this result, one can provide a winding 30, as seen in fig.l and 4, to which the secondary voltage or operating voltage of the machine is applied; it is placed on the pole pieces 24, 25, 26 and 27 so as to provide an excitation component oriented along the primary switching axis, as indicated by the arrows, having the same direction as the primary flow 17 armature reaction, In this way, the winding 30 generates two poles, each of them comprising two pole pieces,
However, this excitation introduces an unwanted magnetic feedback coupling with the secondary armature circuit,
which can produce abnormally high transient currents in this circuit as a result of the amplification of the secondary voltage variations by this excitation winding.
To edit this retrocoupling, the winding 30 is connected to the secondary terminals of the armature via a variable resistor 31 and a reactance 32, mounted externally to the magnetic circuit of the machine, so that winding 30 can provide the necessary excitation with a small number of turns having low inductance and resistance. External reactance 32 and resistor 31, connected in series with excitation winding 30, effectively increase the reactance and resistance of this. excitation winding; they dampen the effect of transient currents following the supply of the winding and stabilize the machine.
The time constant and the sensitivity of the adjustment of the machine can be improved as seen in fig. 1 and 4, by connecting the inductance 33 and a resistor 34 across the control winding 23 ,, This circuit is provided with a substantially greater reactance than that of winding 23, so that any increase in voltage acts immediately on field 23, and that a very small instantaneous increase in current occurs in the bypass circuit. As the current increases in inductance 33, the corresponding increase in voltage drop across resistor 28 decreases the value of current in winding 23 to bring it to steady state conditions.
On the other hand, when the tension is reduced or eliminated
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on the terminals of the winding 23, the inductance of the coil 33 generates a voltage across the terminals of the winding 23 in the opposite direction to the voltage which has just been cut, so that the current flowing through the winding 23 'not only decreases because the excitation voltage has been removed, but even tends to change direction. In this way, the sensitivity of the control flow to variations in the voltage applied to it is considerably increased and the time constant of this adjustment circuit is correspondingly reduced.
Oscillations between the operating circuit and the machine can be practically suppressed by the proper study of the compensation winding and armature, as well as the excitation windings. In most cases, however, especially with a strongly inductive load, it has been found that a separate backcoupling circuit needs to be added to neutralize the internal effect of current oscillation reverse copying. alternative * This can be seen in fig. 1 and 4.
Such a neutralization circuit may include an excitation winding 35 provided on the pole pieces of the stator, so as to generate a magnetomotive force on each of said pole pieces acting in the opposite direction to the compensation winding 29. The power for winding 35 is derived from the machine secondary, so that the oscillations of the alternating current have opposite effects in the compensating winding 29 and in the winding 36. The latter can be connected in various ways. which achieve the same result. In fig.l, it is connected by a capacitor 36 to the secondary terminals of the machine.
In fig. 4 shows another variant of the connection of the winding 35; the connection is then made on the secondary 37 of a transformer, the primary 38 of which is connected to the secondary terminals of the machine.
In fig.3, there is shown a winding 39 in series with the primary brushes 12 and 13 and intended to create an excitation component along the primary switching axis and in the same direction as the primary reaction of armature 17. Therefore, to obtain a given secondary voltage, the primary induced current must be reduced by the amount which would be necessary to provide the excitation of the winding 39. Another excitation winding 40 is provided. so as to create an excitation component opposite to that of the winding 23, and it is connected by the inductor 41 to the terminals of a variable resistor 42.
In this way, the excitation of the winding 40 depends on the load applied to the machine 10, but due to the presence of the inductor 41, aa
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response to variations in the value of the operating current is not immediate and is slightly delayed. Therefore, winding 23 tends to produce greater transient changes in excitation when the permanent excitation is varied along its axis. This device therefore accelerates the action of the control lten- ing and it can be used in machines similar to those shown in fig. 1, 2 and 4.
The machines in freezes 1 and 2 are compensated for direct or alternating current oscillations and also have a stator winding designed to reduce the heating of the armature, but in some cases it is possible to obtain satisfactory operation with a machine such as that of fig. 2,
The embodiments described above can be modified without departing from the scope of the present invention, in particular with regard to the means for achieving the accelerated response of the machine to variations in the control flow.
Referring to FIG. 5, for example, other arrangements will be described which make it possible to achieve an adjustable servo-control within large limits. In particular, using the winding 29 (which plays a role analogous to that of the windings having the same reference number in FIGS, 1 to 4), a superneutralization can be achieved, the excess of which is statically balanced by a anti-shunt inductor winding 35, it is here mounted in series with a rheostat 43, the assembly being connected to the terminals of the secondary circuit by the intermediary of a potentiometric resistor 44, the control being able to be adjusted to both by acting on 43 and on 44.
When the variable tap 47 of the potentiometer is at X, with maximum resistance 43, the servo-control is very energetic, while when this tap is at Y, with 43 short-circuited, it is, on the contrary, very moderate.
The rheostat 43 is also used to adjust the degree of stability * In stable conditions, by adjusting the number of ampere-turns of the anti-shunt winding 35 by means of the rheostat 43, the degree of compensation exerted by the winding is varied. 29, ie the response sensitivity of the control winding 23 is adjusted.
The power required by the control being very low, the resistors 43 and 44 are very small and their consumption is minimal.
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A double valve 46, very resistant to zero current and very low resistance to load, can be arranged to facilitate priming.
Another arrangement achieving an even more energetic control when a dynamo according to the invention is used to supply a circuit 18 having a low time constant, can be applied either independently of that which has just been described, or by combination with it.
In accordance with this other arrangement, the brushes 16-16 are fed onto an adjustable resistor 45. The current which the latter absorbs is not part of the current passing through the winding 29 and is therefore not neutralized by the latter * The resistance 45 being adjustable and by providing for an adjustment of the number of turns intended for the over-neutralization in order to be able to statically compensate for the loss of sensitivity due to the presence of this resistance, the optimum damping of the resistor can be adjusted. together.
As indicated above, the machines and systems of the present invention are capable of numerous applications. As a particular application, their use as various regulators will now be described, with reference to FIGS. 6 to 16 *
In this type of application, the main element of the regulator system is constituted by an amplifier offering a very high amplification coefficient and a very low time constant. The means of the invention make it possible for example to achieve a variation of 20,000 Watts of the output energy in a time of the order of 1/60 of a second, for a variation of only one Watt of the input energy,
Special direct current machines, similar to those just described, and intended to produce results of this kind,
will be referred to hereinafter as "amplidynes".
They can be controlled by simple circuits with no moving parts and practically no delay. These adjusting members are inexpensive and small in size; they can be mounted in the base or at the end of the machine shaft, so that it is not necessary to have an external regulator, Whatever the power of the machine, these circuits can be provided for support a power of two or three Watts only.
Thanks to the application of amplidynes, the inertia of the moving parts of the regulators known hitherto and also the electrical inertia of the usual exciters are eliminated, and the speed of response of the regulator according to the invention far exceeds unbind known regulators; we get an oompen-
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-satrice practically at the same time as the variation of magnitude to be regulated occurs.
@
The compensating series winding also provides the regulator response in the event of transient phenomena or unbalanced variations in the operating circuit of the main machine. These variations generally induce transient currents in the excitation circuit of the main machine, and these transient currents, passing through the compensation winding of the amplidyne, cause a rapid and significant variation of its voltage in the amplidyne. proper direction to ensure correct regulation.
In addition, the presence of the compensating winding gives the certainty that the amplidyne is self-exciting and stable on inductive loads,
The Applicant Company has observed that with a regulator system in accordance with the invention, acting on the voltage of a main alternator, the return to normal voltage is so rapid that it is difficult to note the initial voltage drop on a ordinary voltmeter. This rapid return renders the fluctuations in the lamps imperceptible and allows the starting on the sector of sufficiently powerful motors without them producing light fluctuations in said sector.
In fig. 6, we see for example a three-phase generator 19, the exciter winding of which is shown at 18 and which receives current from the exciter 3 operating as an amplidyne, as has been said previously. In fig.7, we see the arrangement of this machine. It comprises a frame 10 of the conventional type, a winding turn of which is indicated at 4 '.
This armature rotates in a bipolar field 11 with four pole pieces 24, 25, 26, 27. It comprises two brushes 16 and 15 to 1800 from each other and two other short-circuited brushes 12 and 13 at right angles. compared to others.
The armature 10 is driven at constant speed by a suitable machine (it can moreover be directly by the alternator 19), in a direction such that if the poles 24 and 25 are north poles and the poles 26 and 27 of the south poles, the brush 16 is positive and the brush 15 negative.
The two control windings 23 and 23 'are mounted on the pole pieces 24, 25, 26,27 respectively; they can be wound separately around each pole piece or together around two pole pieces, as shown, but they are in any case arranged so that the pole pieces 24 and 25 are of opposite polarity to the pole pieces 26 and 27.
The operation of this machine is similar to that of
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machines described above: the elements playing the same role are designated by the same references.
It can be seen that the machine of FIG. 7 comprises the additional control windings 48 and 49 which produce in the armature a flux along the same axis as that produced by the control windings 23 and 23 '. The role of these additional windings will be described later. The windings 23, 29 and 30 have been shown on all the pole pieces for reasons of symmetry, but it is understood that each of these different windings can only be wound on a pair of poles, if desired: it is the case of windings 48 and 49.
Referring again to Fig. 6. it can be seen that the voltage of the amplidyne 3 is made sensitive to that of the alternator 19 by the fact that the control winding 23 is connected to the terminals of the alternator 19 by means of a transformer of voltage 50, an adjustable autotransformer 51 and a rectifier 52. The control winding 48 is connected so as to act in the opposite direction; it is supplied in parallel with the rectifier 52, through a circuit with a non-linear characteristic, such as a highly saturated reactance 53 and another rectifier 54.
To avoid pumping, a stabilization transformer 55 is provided, the primary of which is connected to the terminals of the winding 18, and the secondary to the terminals of a winding 49.
To decouple the winding 30 of the armature 10 from the amplidyne, in series with this winding an impedance is connected in the form of a reactance 32 which greatly increases the leakage reactance of the winding 30, without modifying the mutual reactance of winding 30 and armature 10; this increase in the leakage reactance has a marked decoupling effect. To adjust the current in the shunt winding 30, a series 31 rheostat is provided.
So that the exciter 10, amplidyne type, can increase its output voltage, the compensating winding 29 is provided sufficiently strong to generate a slight overcompensation for the normal armature reaction.
In order to limit the voltage of the amplidyne and to prevent the overcompensation winding 29 from supplying too high a voltage, the oppositely acting winding 48 is arranged so that its action predominates over that of the overcompensation winding. control 23 when the voltage of the generator 19 is normal, and this difference between the effect of the two windings is practically equal and opposite to the overcompensation effect of the series winding.
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The operation of the system shown in fig. 6 is as follows the normal voltage that one wishes to maintain is determined by the adjustment of the autotransformer 51, the rheostat 31 is adjusted so that the shunt winding 30 supplies practically all the flux required for the amplidyne 10 to produce the desired current in the main excitation winding 18, so as to obtain the normal voltage,
If then the voltage of the alternator 19 tends to decrease for some reason, such as the sudden application of a load on the line,
the current in the winding 48 of devoltage decreases proportionally much more than the current in the winding 23 due to the presence of the saturated reactance 53 which generates a greater variation of the current in its circuit compared to the variation of the current which passes through the linear characteristic circuit containing winding 23. As a result, the resulting step-down effect of windings 23 and 48 decreases; which allows the amplifier 10 to rapidly increase its voltage and consequently to increase the excitation and also the voltage of the alternator.
In the event of an increase in voltage of the latter, the opposite effect occurs and the predominance of winding 48 and winding 23 increases, resulting in a rapid decrease in the voltage of the exciter. and consequently a drop in that of the alternator.
In steady state, the voltage of the winding 18 is constant, so that no voltage is induced in the secondary of the stabilization transformer 55 and therefore no current passes through the anti-pumping winding. 49. During the operation of the regulator, the voltage at the terminals of 18 varies and this variation, applied to the primary of the transformer 55, induces in its secondary a transient voltage which causes the passage of a current in the control winding 49. This The latter is provided so that, when the voltage across the terminals of the winding 18 increases, the transient current causes a devoltage of the exciter and vice versa, which limits the action of the regulator and prevents overshoots.
Because the series 29 winding is overcompensating, the regulator tends to have a slightly increasing voltage characteristic as a function of the load; if this is to be avoided, as for example in certain cases of parallel operation of several alternators, suitable means, such as a voltage drop compensation device in the line, can be applied, so as to affect in the desired sense the sys-
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-theme in accordance with the load increases, so that the regulator has a characteristic of horizontal tension or even slightly plunging when the load increases. These devices are also well known to technicians.
In addition to its role of compensating for the normal induction reaction and rapid voltage build-up by self-excitation, the series winding 29 also fulfills other important functions. This is how it maintains the excitation of the system in the event of a short circuit of the main machine 19.
In this particular case, the voltage at the terminals of the machine drops to zero or becomes very low, so that the control windings are insufficiently excited; therefore, if winding 29 did not exist, the system would de-energize.
The purpose of winding 29 is also to accelerate the useful transient variations in the excitation circuit. It is well known that when an inductive load is suddenly applied to an alternator, its excitation tends to decrease sharply due to the armature reaction, and a transient extra current flows through the excitation circuit; by acting on the series winding, this current instantly increases the excitation of the amplidyne with the result that the excitation voltage increases rapidly.
Said transient current induced in the main excitation winding 18 is generally higher in frequency than the normal frequency of the alternator, and the reactance 32 also has the role of improving the stability of the generator. exciter by preventing this high frequency current from passing through shunt winding 30.
In the variant of FIG. 8, the amplidyne plays the role of step-down-booster; it is connected in series with the shunt winding 56 of an intermediate exciter 57, the terminals of which are connected to the winding 18.
A field rheostat 58 allows adjustment of the current in the main excitation circuit. The windings 23 and 48, as well as the anti-pumping winding 49, are all supplied as in fig. 6, with the exception that, for a normal voltage of the main alternator, the windings 23 and 48 are neutralized. practically read each other. If then the voltage deviates from the normal, the supply of the winding 48 increases or decreases faster than that of the winding 23, from which there results a reversible excitation of the amplidyne generating an inversion of polarity, so as to devolve or boost the voltage on the intermediate exciter 57.
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This circuit is advantageous in that in a steady state, only the difference between the electro-motive force generated and the voltage drop on the field resistance must be supplied by the amplidyne, by correctly choosing the value of resistor 58, it can be made very low, In addition, the main exciter continues to supply current, even if the alternator is short-circuited, Consequently, the series winding 29h has no to provide overcompensation and can be used to severely neutralize the normal armature reaction.
Thanks to this device, the characteristic of voltage regulation does not increase in load and the compensation of the load current is not necessary. Finally, in this arrangement, the shunt winding 30 ceases to be useful because in steady state the output current of amplidyne is relatively low. We can therefore eliminate the said winding. The stabilization transformer and the anti-pumping winding 18 operate in the same way as has been said in connection with Fig. 6.
While in fig. 8 the amplidyne is used as a step-down and as a booster whose polarity is reversible, so as to provide an additive or subtractive voltage to that of the exciter 57, it is conceivable that said amplidyne can also operate. at constant polarity, either as a voltage switch or as a booster, The only difference lies in the adjustment of the control circuit of the windings 23 and 48, so that they provide the necessary ampere-turns for the normal voltage of the alternator.
In the variant of fig. 9, the amplidyne is connected as a pilot exciter providing all the excitation to the winding 56 of the main exciter 57 which then becomes a machine with separate excitation, instead of a machine. with shunt excitation, the amplidyne and its control connections may be the same as in fig. 6, but due to the delay introduced by exciter 57, the speed of the regulator in fig. 9 is less than that of the system of fig, 6,
One of the advantages of the assemblies of FIGS. 8 and 9 is that they can be used inexpensively with normal excitation systems, due to the low power of the amplidyne.
In Fig. 9, the winding 30 is connected in a "short shunt, unlike in Fig. 6 where it was a" long shunt ". It has been found that this frequently results in an improvement in performance. stability. The current absorbed by the branch excitation circuit does not pass through the windings
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series compensators and therefore does not contribute to the compensation of the normal armature reaction.
In fig.10, the amplidyne is applied in combination with an automatic speed control circuit of a DC motor 59. It is connected in series with the shunt winding 60 of the motor and can be controlled so as to operate as a generator of back-electromotive force in this excitation circuit.
The excitation control winding 23 is powered by the difference between the voltage of the tacho generator 61 and the constant voltage of a battery 62, so that at normal speed these voltages are equal and the current in the control winding is zero; if the speed increases or decreases, the said difference in voltages produces * in the winding 23 variable currents which act on the voltage of the amplidyne 10 so as to keep the speed of the motor practically constant. stabilization 55 acts as a function of the amplidyne voltage, and its secondary is connected in series with the control winding, producing anti-pumping pulses proportional to the speed of the amplidyne voltage variations.
These Pulses can add to or oppose the effect of winding 23.
Fig.ll differs from the previous one in that the variable that is set is the current of the machine 59. The latter is applied to the control bearing 23 'by a bypass 63 provided in the main circuit of the machine. machine 59, so that the winding 23 acts according to the difference between the voltage drop in the bypass and the voltage of the battery 62. The rest of the circuit and its operation are Identical to what has been shown end - 10 and what has been said about it.
In the variant of fig. 12, the secondary of the stabilization transformer 55 is connected in series with the winding 23, which constitutes an anti-pumping circuit similar to that of fig. 10, allowing it to be eliminated. nation of the anti-pumping winding 49. A resistor is connected in parallel with the rectifier 52, so that the transformer 24 can supply a reverse voltage to the winding 23 and is not blocked by the rectifier 52.
In the variant of fig. 13, the control circuits with linear and non-linear charac- teristics supply the rectifiers 52 and 54 of fig * 6; each of these rectifiers has an output circuit connected to the terminals of the
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resistors 64 and 65, and the voltage drops produced in each of them are proportional to the output currents of said rectifiers respectively.
These resistors are connected in series with a single control winding 66 for the amplidyne. In this way, the control effects are combined electrically by resistors 64 and 65, instead of being magnetically by windings 23 and 48, so that one can be satisfied with a single control winding.
In fig. 14, the control winding 23 is supplied by a constant direct current circuit, while the winding 48 is fed by the rectifier 54, as in fig. 6. With this device, the current in winding 23 serves as a comparison standard for the regulator, and the amplidyne acts according to the difference in the ampere-turns of windings 23 and 48 as in fig. 6, 8 and 9. Since the winding 23 is constantly energized, it will always produce a control flow in the proper direction to generate the voltage of the amplidyne 10, so that any lack of voltage in the main machine, due for example to a short-circuit, will give rise to an increase in the amplidyne voltage, instead of reducing it.
For this reason, it is not necessary to have a series winding 29 to overcompensate for the normal Induced reaction. Accordingly, winding 29 can be sized to produce the exact compensation,
In fig.15, we have inserted between the resistors 64 and 65 of fig.13 and the winding 66 an amplifier of a suitable type such as for example a saturable core reactance 67. As can be seen, this reactance has a DC saturation winding 68 connected in series with resistors 64 and 65, as well as an AC winding 69 connected to the input terminals of a rectifier 70 in an AC circuit supplied by an appropriate source 71.
The DC output terminals of rectifier 70 are connected to winding 66. In this way, the smallest regulating pulse is amplified by reactance 67 and then by amplidyne 10.
It can be seen that the variants of FIGS. 12, 13, 14, 15, instead of being applied separately, can be combined in whole or in part in mixed control systems.
In Fig. 16 a transverse field winding 72 is provided which acts to reduce losses. It replaces the shunt winding 30 used in Figs. 6, 7 and 9. This winding 72 is connected in series with the short-circuited brushes and it produces a flux along the short-circuited armature axis.
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-ture.
Another differential excitation arrangement applied to a single control winding 66 is shown in fig. 17, the voltage to be controlled being assumed to be applied between the terminals 73 and 74.
In this arrangement, the control winding 66 is supplied by the difference in the magnetizing currents of the two self-induction coils with three windings; one of these babinea, 75, is saturable and consists of three windings 76,77, 78, while the other, 79, made non-saturable thanks for example to air gaps in its magnetic circuit, consists of of windings 80, 81, 82, The two coils are connected to the circuit to be tested, so that each winding of the coil 75 is connected with a corresponding winding of the coil 79, Thus, the windings 76, 77 and 78 of the coil 75 are in series respectively with the windings 80, 81 and 82 of the coil 79.
However, while the two pairs of windings in series 76-80 and 77-81 can be traversed, thanks to the valves 83-84 and 85-86 respectively arranged in their circuits, only by rectified currents, opposed the series windings 78 and 82 are crossed by an alternating current. The control winding 66 is provided with a center tap 90 which divides it into two identical half-coils, connected to the self-induction coils 75 and 79 in such a way that they are crossed by the difference of the rectified currents in the direction indicated by arrows 1 and 1 'for the half-wave giving terminal 73 a positive potential with respect to terminal 74, and by arrows 2 and 2' for the following half-wave, giving terminal 74 a positive potential with respect to terminal 73.
In fig. 18 and 19 are shown the operating diagrams of this adjustment system. Line L and curve II of fig. 18 represent the shape of the variation of the current as a function of the voltage respectively in the non-saturable coil 79 and in the saturable coil 75. Curve III in fig. .19 gives the shape of the resulting ampere-turns in the control winding 66 as a function of the voltage. At normal voltage, represented by the operating points M and M 'in the diagrams of Figs. 18 and 19, the currents flowing through each half-coil of the control winding 66 are neutralized.
As a function of the variations in the controlled voltage, at each alternation, the permeability of the magnetic circuit of coil 75 varies, the current of one or the other self-induction coil predominates in the same half-coil of the control winding 66 and the intensity and direction of the differential current
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resulting ¯ i (see fig. 18) gives the control winding. 66 amperes-turns corresponding to curve III in fig. 19.
The voltage regulated by this regulator, based on the variation in permeability with induction, can of course represent a function of any other quantity to be regulated, for example of a current intensity or of a speed.
Fig. 20 relates to the particular case where a machine in accordance with the invention is used for regulating the voltage of an alternator which is driven by a heat engine, which gives a slight overspeed when empty or still at case where we want to make hypercompoundageo
According to the invention, is applied, in this case, to the terminals 73-74 of the regulator, a voltage lower than the real voltage to be controlled, by a value proportional to the load.
This result is obtained by connecting the regulator to the phase-to-phase voltage to be controlled, for example to the voltage between B and 0 in fig. 20, represented in the diagram of fig. 21 by the vector BC, through the intermediary of a differential current transformer, sensitive to cos @ = 1 and not sensitive to cos @ = 0, It emerges from the diagram in fig. 21 that for a watted current, that is to say in phase with the star voltage, the voltage at the terminals of the current transformer @@ is in opposition to the compound voltage BC applied to no-load at the terminals of the regulator and reduces the latter to the value BD. For the dewatted current, the voltage at the terminals of the transformer will be in quadrature with the line voltage to be controlled.
The rheostat 92, which makes it possible to vary the voltage of the secondary of the current transformer, is used to correct the droop of the regulator of the
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drive motor and possibly adjusting the hypercompoundage *
Although several embodiments of the invention have been represented and described, it is obvious that one does not wish to be limited to these particular forms, given simply by way of example and without any restrictive character and that therefore all the variants having the same principle and the same object as the arrangements indicated above, as they fall within the scope of the invention,