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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,