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PERFECTIONNEMENTS AUX ECHINES DYNAMO ELECTRIQUES DU TYPE "METADYNE".
L'invention concerne les machines dynamo électriques du type métadyne, c'est-à-dire celles qui, en plus d'une paire ou d'un jeu de balais de sortie, pos- sèdent une paire ou un jeu de balais en quadrature, intercales entre les dits balais de sortie et connectés à un, ou à des circuits fermés, de telle sorte que le courant dans les conducteurs d'armature, entre ces balais en quadrature, engendre un flux magnétique, engendrant à non tour une tension aux bornes des balais de sortie.
La machine comporte un enroulement de commande disposé pour exciter la machine le long de l'axe, ou des axes de commutation des balais de sortie et, aussi, un enroulement compensateur,en série avec les dits balais de sortie, et disposé de manière à agir le long du ou des axes de commutation, en opposition avec les ampères-tours .:. engendres sur le ou les dits axes, par le courant de sortie traversant les
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conducteurs d'armature, ce qui réduit, neutralise ou surcompense la réaction d'induit due au courant de sortie. Le degré de compensation fournie par cet enroulement com- pensateur sera choisi conformément à la caractéristique courant-tension aux bornes de sortie.
Il est bien connu que la machine du type métadyne peut comporter divers au- tres enroulements, agissant suivant les axes de commutation des balais de sortie ou des balais en quadrature, ou dos deux à la fois. Les balais en quadrature sont quel- quefois dénommés balais primaires, et les balais de sortie, balais secondaires.
Dans une génératrice métadyne, la, ou chaque paire de balais en quadrature. est connectée à un circuit ferme et le flux suivant l'axe de quadrature est engendré par le courant qui traverse les dits balais connécutivement à la rotation de l'induit dans un champ établi ou commandé entièrement ou en partie par l'enroulement suivant l'axe de sortie.
Dans le transformateur métadyne, les balais en quadrature sont connectés à une source de courant qui traverse les dits balais, en s'opposant à la force contse- électromotrice apparaissant aux bornes des dits balais, et due à la rotation de l'in- duit dans le champ engendré ou réglé par l'enroulement de commande.
L'inducteur ou stator du métadyne comporte usuellement, pour chaque paire de balais de sortie, quatre pièces polaires placées chacune entre un axe de commuta- tion de sortie et un axe de commutation de quadrature adjacent. Des pièces interpo- laires peuvent être prévues pour agir suivant le ou les axes de commutation de sortie;
ou suivant le ou les axes de quadrature, ou les deux, comme dans la machine ordinaire à courant continu,et elles sont munies d'enroulements on circuit avec les balais de sortie ou de quadrature, suivant le cas, selon l'axe de commutation auquel la dite pièce interpolaire est associée. On a constaté que l'addition de pièces interpolaires peut, dans certains cas, engendrer de l'instabilité, c'est-à-dire que des oscillations aux bornes des balais de sortie ou de quadrature peuvent engendrer des oscillations entretenues ou insuffisamment amorties, du courant et de la tension,
La présente Invention a pour objet de prévoir des dispositifs tels que la présence des pièces interpolaires n'entraîne pas d'instabilité dans le fonctionne- ment.
Elle est éventuellement caractérisée en ce que, dans une machine du type méta- dyne, comportant des pièces interpolaires associées aux balais de sortie ou à ceux de quadrature, ou aux deux, l'enroulement linterpolaire, associé aux balais de sortie ou de quadrature, ou à l'un, ou aux deux, dans lequel des interpoles sont prévus en as- sociation avec les balais de sortie et de quadrature, est shunté par un ou plu- sieurs circuits, réduisant le rapport inductance-résistance pour la ou les
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parties du circuit des balais de sortie ou de quadrature, selon le cas, comportant l'enroulement interpolaire.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avantages de l'in- vention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent donnes simplement à titre d'exemple et dans lesquels les figures 1 et 2 repré- sentent des diagrammes vectoriels à l'aide desquels on comprendra mieux la portée de l'Invention et les figures 3, 4 & 5, des schémas de réalisation de la présente invention.,
Envisageons d'abord le cas d'une génératrice métadyne dans laquelle la réaction secondaire d'armature n'est pas compensée ou l'est seulement partiellement La cause principale de l'instabilité sera expliquée en se référant au diagramme vectoriel de la figure 3 relatif à une composante sinusoïdale d'une certaine fré- quence donnée,
lors d'une variation quelcontue des conditions de fonctionnement de la machine. Les conditions d'équilibre considérées à la fréquence zéro seront décrites en se référant au diagramme de la figure 1. Le vecteur Av représente les ampères-tours produitspar l'enrculement de contrôle; à l'équilibre, ces ampères- tours sont opposés aux ampères-tours produits par le courant qui traverse l'en- -roulement d'armature entre les balais secondaires, ces ampères-tours résultant de la différence entre les ampères-tours d'armature et les ampères-tours compensa- teurs; lorsque la métadyne nest pas compensée, ces ampères-tours sont les ampères tours totaux de l'enroulement d'armature.
Ces ampères-tours sont établis par le courant secondaire produit par la tension secondaire A2 résultant de la rotation de la machine dans le flux primaire qui, à son tour, est établi par le flux ré- sultant secondaire, à savoir le flux dû à la différence entre les ampères-tours de l'enroulement de contrôle et la réaction d'armature secondaire non compensée, ceux résultant des ampères-tours sur l'axe secondaire étant représentés par le vecteur A2r.
Envisageons maintenant -une variation sinusoïde.le à une certaine fréquence particulière, comme représenté à la figure 2; le vecteur A2r, représentant les ampères-tours résultants dans l'axe secondaire, se déplace vers la tension pri- maire représentée par le vecteur E1 en retard sur le vecteur A2r d'un angle #2 par suite du phénomène d'hystérésis dans le circuit du flux secondaire, ce qui provoque un retard du flux secondaire sur les ampères-tours secondaires résultants La tension primaire El produit un courant primaire représenté par le vecteur I1 en retard d'un angle de phase @1 sur le vecteur A2r par suite de l'inductance
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du circuit primaire.
Comme dons la figure 1, ce courant produit un flux dans l'axe primaire, où la tension accondaire E2 est produite comme représenté par le vecteur E2 dessiné de sens opposé au vecteur I1 et en retard d'un angle #1, par suite du phénomène d'hystérésis dans le circuit du flux primaire. Le courant se- condaire et, par conséquent, les ampères-tours secondaires représentés par le vec- teur A2, est en retard sur le vecteur E2 d'un angle @2 déterminé par la réactance et la résistance du circuit secondaire. La tension secondaire induite possède une composante due à l'action transformatrice entre l'enroulement de contrôle et les ampères-tours d'armature situés entre les balais secondaires.
Cette composan- te doit augmenter le retard de phase entre la tension secondaire résultante et le flux secondaire résultant. Les ampères-tours qui sont produits par l'enroulement de contrôle, de manière à obtenir les conditions de la fig.2, sont représentés par le vecteur Av obtenu par soustraction du vecteur A2 du vecteur A2r.
On voit, d'après la figure 2, que, par suite de l'inductance dans les cir- cuits primaire et secondaire de la métadyne, la réaction d'anmature due au courant secondaire, est en retard par rapport à la position en opposition aux ampères-tous de contrôle Av dans les conditions d'équilibre de la figure 1. .Si, pour une fré- quence particulière quelconque, les conditions sont telles que les différents re- tards de phase sont simultanés, il en résulte un retard du vecteur A2 de plus de 180 par rapport à la position d'équilibre de la figure 1 et si, à cette fréquence le vecteur A2 a une amplitude suffisante par rapport à celle du vecteur :
?or, le système est exposé à des oscillations, car tout changement dans les ampères-tours résultants A2r conduisent ou bien à un changement dans les ampères-tours de con- trôle Av ou à un changement dans le courant secondaire et le vecteur A2, comme résultat d'un changement dans les conditions de charge, d'où résultera un effet cumulatif tendant à accentuer toute variation du vecteur A2r.
La figure 2 démontre donc que la présence de l'inductance dans le circuit primaire et secondaire peut introduire une certaine instabilité de fonctionnement..
En accord avec la présente invention, cette tendance à oscillations est empêchée ou réduite par la réduction de l'inductance effective des parties du circuit pri- maire ou secondaire ou des deux parties, contenant les enroulements interpolaires, Des conditions similaires peuvent être faites au sujet des transformateurs máta- dynes.
Dans le cas d'une machine métadyne dans laquelle la réaction d'armature se- condaire est complètement compensée ou surcompensée, la machine ne'serapas ujet- @
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-te à instabilité pour des raisons expliquées en se référant à la figure 2.
En pratique, cependant, l'emploi d'un enroulement secondaire de compensation neutrali- sant exactement la réaction d'armature secondaire à l'équili'bre, ne produira pas de compensation secondaire équivalente, lors d'un changement de fonctionnement de la machine, par suite du couplage imparfait existant entre l'enroulement de compensa- tion et l'armature, c'est-à-dire que le flux de fuite d'une part, et les constantes de temps différentes de l'armature et des parties du circuit magnétique d'autre part, vont permettre au flux de fuite de l'enroulement d'armature de changer plus rapide- ment que le flux de fuite de l'enroulement de compensation,
Il en résulte que le courant secondaire est seul responsable de la production d'ampères-tours secondaires en retard par rapport aux changements dans le flux secondaire résultant d'un angle de phase suffisant pour introduire de l'instabilité.
De plus, dans beaucoup d'applications des machines métadynes, le circuit secondaire est couplé avec l'enroulement de contrôle de telle manière que toute va- riation du courant secondaire ou de toute quantité contr8léepar la machine, entraîne vne modification de l'excitation de contrôle, Par exemple, dans le cas de l'appli- cation de la machine au contrôle de l'excitation d'une génératrice, l'enroulement de contrôle sera parcouru par un courant dépendant de la différence entre la tension de la machine régulatrice et une tension standard ou de référence;
en général, la ma- chine contrôlera une quantité quelconque en produisant un courant secondaire dépen- dant de l'écart entre la quantité à régler et la valeur désirée,
Dans les figures 3,4 et 5, l'armature d'une génératrice métadyne est re- a présentée en 1 ; possède des balais primaires @@ et c en court-circuit et des balais secondaires b et d de sortie, alimentant l'utilisation par l'intermédiaire des conducteurs2 & 3. L'enroulement de contrôle est représenté en 4 et un enrou- lement secondaire de compensation est représenté en 5 ; ce dernier enroulement neu- tralise partiellement ou totalement ou surcompense la réaction d'armature secondaire.
A la fig.3, la machine est munie de pièces interpolaires secondaires et d'un enrou- lement interpolaire secondaire qui, d'accord avec la présente invention, est shunté par une résistance 7 simple, non inductive, A la fig.4, la machine est munie de pièces interpolaires primaires et d'un enroulement interpolaire primaire 8 qui, d'accotd avec la présente invention, est shunté par une résistance de dérivation 9.
La machine de la figure 3 est ou n'est pas munie de pièces interpolaires primaires.
La figu5 représente une machine dont les pièces interpolaires sont placées sur le ôu les axes de commutation primaires, l'enroulement interpolaire primaire 8 étant également shunts par une résistance non inductive 9.
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La résistance non inductive peut, dans le dispositif décrit ci-dessus, être reliée soit aux bornes de l'enroulement interpolaire en question on comprendre des résistances non Inductives séparées reliées respectivement aux différentes bo- bines dudit enroulement Interpolaire.
On cmprendse que, lorsque les enroulements interpolaires sont placés à. la fois dans les circuits primaire et secondaire, la réduction du retard de réponse de l'appareil est obtenue entièrement par l'application d'une résistance de dériva- @ tion dans le circuit primaire ou secondaire on dans des proportions variables dans les deux circuits, Par exemple, dans certaines applications de la machine de la fig.4, la résistance de dérivation 7,ou la résistance de dérivation 9,peut être omi- se.
L'effet de stabilisation, conforme à l'invention, augmente progressivement quand on diminue la résistance du circuit de dérivation. Dans la réalisation de l'in- vention, on admet qu'une dérivation, à travers une résistance non indective, de 20% du courant dans les balais associés, fournitla stabilisation nécessaire, bien que l'invention ne soit pas limitée dans ce sens. En général, on admet qu'une dérivation de 5 à 10% du courant dans les balais associés est suffisante, On notera que les pourcentages précités sont établis sur la valeur du courant permanent dans le circuit considéré.