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Convertisseur dynamo-électrique.
La présente invention concerne les machines dynamo-électriques et plus particulièrement celles utilisées comme convertisseurs rotatifs.
L'invention a principalement pour but de réaliser un convertisseur dynamo-électrique dont la tension de sortie peut être variée d'une manière continue dans des limites relativement grandes comprenant la tension d'alimentation du convertisseur et ceci en fonction des variations d'une faible énergie de commande.
D'autres buts et les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre
Au dessin annexé donné à titre d'exemple :
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la Fig.l est un schéma d'un convertisseur suivant l'invention et, la Fig.2 illustre l'application de l'invention à la régulation -d'une génératrice.
Comme représenta à la Fig.l, le convertisseur suivant l'invention comporte un induit 1 à courant continu de type usuel pourvu d'un enroulement et d'un collecteur connecta audit enroulement et un inducteur constitué par un certain nombre de poles matérialisés par les axex XX1, YY1, ZZ1 et QQ1. Pour des raisons de commodité, la machine représentée est du type tétrapolaire, mais il est bien entendu que l'invention est également applicable à des machines ayant un nombre de poles multiple de 4.
Le collecteur est pourvu d'un groupe de balais primaires 2 et 4 et d'un groupe de balais secondaires 3 et 5 décalés par rapport au premier de manière à réaliser respectivement un circuit primaire et un circuit secondaire dans l'induit. Les balais primaires et secondaires sont indiqués au dessin dans leur position de commutation que l'on suppose sur l'axe des poles. Ces derniers comportent des enroulements inducteurs 6,7,8 et 9 disposés de manière à créer des polarités sud et nord alternées sous tous les poles comme dans une machine multipolaire habituelle* Ces enroulements représentés sont par exemple du type shunt et sont connectés entre ,les bornes d'entrée Bl et B2 ou bornes d'alimentation du convertisseur..
Les balais primaires 2 et 4 sont munis d'une oonnection usuelle 2a de mise en parallèle qui est reliée à la borne d'entrée*% par un conducteur 2b Comme on le verra par la suite'une réaction d'induit bipolaire prend naissance le long de l'axe XY. lorsqu'on courant circule dans le circuit secondaire de l'induit. Cette réaction d'induit doit être contrebalancée par des
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enroulements compensateurs 10, 11, 12 et 13 qui sont répartis sur les poles XX1 et YY1 demanière à créer des flux additifs le long de l'axe XY.
Les enroulements 10 et
11 sont connectés en série entre la borne Bl et le balai 5 qui constitue une extrémité du circuit secondaire, tandis que les enroulements 12 et 13 sont connectés en série entre le balai 3 qui constitue l'autre extrémité du circuit secondaire et une troisième borne B3 ou borne d'utilisation. Les enroulements compensateurs 10, 11, 12 et
13 peuvent être soit du type concentré soit du type à face polaire comme connu dans la technique.
Les inducteurs de la machine comportent en outre des moyens pour produire un flux de. commande tels qu'une tension apparaisse aux bornes des balais primaires 2 et 4.
Ces moyens peuvent consister en un dispositif à variation de réluctance des poles pour créer un flux de circulation intéressant les balais primaires, ou encore en des enroulements de commande 14 et 15 disposés sur les pièces polaires XX1 et fil et connectés entre deux bornes de commande B4 et B5 de manière à produire un flux de commande le long de l'axe XY. Ce flux de commande est susceptible de varier en grandeur et en sens, raison pour laquelle ces enroulements ne sont pas représentés comme étant connectés dans un circuit* Des enroulements auxiliaires
16 et 17 peuvent être disposés sur les pôles ZZ1 et QQ1 pour produire un flux supplémentaire le long de l'axe de la réaction d'induit produite par le courant circulait dans le circuit primaire de l'induit.
Comme on le verra ci-après divers courants prennent naissance dans chacun des conducteurs de l'induit, il est donc commode de représenter ces courants par une pointe ( @ de flèche: quand un courant sort de la figure et'par une queue ( ) de flèche quand un courant rentre dans la figure. La distribution de ces courants
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dans la couche externe dés conducteurs de l'induit est matérialisée par plusieurs couches a, b et c de signes (o) et (-).
Le fonctionnement de la machine est le suivant
Les bornes d'entrée Bl et B2 sont connectées à un réseau de distribution appropriée La borne B3 reste déconnectée. La borne Bl étant par exemple positive, l'induit tourne par exemple dans le sens de la flèche f1 et absorbe un courant qui circule dans les enroulements 10 et 11, le balai secondaire 5, les balais primaires 2 et 4 et retourne à la borne B2 par le donducteur 2b.
L'induit étant alimenté d'une manière dissymétrique un courant de circulation prend naissance dans l'induit et produit une réaction d'induit dirigée de Y vers X. Cette réaction peut être exactement compensée par le flux produit par les enroulements 10 et 11 de sorte que l'excitation résultante le long de l'axe XY est pratiquement nulle.
Les potentiels du balai secondaire 3 et de la borne d'utilisation B3 sont donc sensiblement les mêmes que le potentiel du balai secondaire 5. Si maintenant on excite les enroulements de commande 14 et 15, un flux de commande prend naissance le long de l'axe XY; sa grandeur et son sens dépendent de l'intensité et du sens du courant dans ces enroulements. Si par exemple le flux de commande est dirigé de Y vers X, il induit dans le circuit primaire de l'induit une tension primaire qui à son tour crée dans 1 - circuit un courant dit primaire se fermant par la connexion 2a. La réaction d'induit primaire produite par le courant circulant dans le circuit primaire est en quadrature avec le flux de commande et dirigée de Q vers Z.
Cette réaction primaire induit dans le circuit secondaire de l'induit une tension secondaire qui apparaît entre les balais
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secondaires 5 et 3 et légalement entre les bornes V3 et Bl.
En fait, le balai 5 devient négatif par rapport au"balai 5, de sorte que la tension entre les bornes B3 et B2 est réduite d'autant. En augmentant le flux de commande la tension entre les bornes B3 et B2 tend vers zéro et augmente ensuite avec un signe inverse jusqu'à ce que le circuit magnétique soumis à la réaction d'induit primaire soit saturé.
Si l'on inverse le sens du flux de commande, le phénomène inverse se produit, c' est-à-dire que le potentiel de la borne B3 devient positif par rapport à celui de la borne Bl tandis que la tension entre les bornes B3 et B2 devient supérieure à U.
La machine se comporte donc comme un convertisseur muni d'un système diviseur-amplificateur de tension et dont la puissance débitée est disponible entre la borne B3 et l'un ou l'autre des bornes B1 et B2.
On va maintenant décrire le cas où le conver- tisseur débite sur un circuit de charge, connecté par exemple entre les bornes B3 et B2. Les enroulements de commande sont supposés déconnectés. Un courant Ia entre dans l'induit par le balai 5 en passant par les enroulement 10 et 11. Le circuit de charge absorbe un courant Iu provenant du balai 3 en passant par les enroulements 12 et 13, tandis qu'un troisième courait I3 retourne au réseau par le conducteur 2b.
Ces trois courants satisfont à la relation : la = lu @ 13
Etant donné que les balais secondaires 5 et 3 sont à des potentiels inégaux, un courant de circulation appelé courant-secondaire 12 s'établit entre eux tel que :
EMI5.1
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Des deux relations précédentes on tire :
EMI6.1
Le courant 13 qui est uniformément réparti entre les deux groupes de balais sert à entraîner l'induit de la machine. Là distribution dans l'induit de ce courant 13 est matérialisée par la couche externe a. Le courant 12 circulant dans le circuit secondaire de l'enroulement d'induit, comme indiqué par la couche moyenne b, produit une réaction d'induit secondaire dirigée de Y vers X.
Les ampères-tours créés par les enroulements compensateurs sont dus au courant 12 seulement, étant donné que les ampères- tours dus aux composantes . et - 13/2 se neutralisent mutuellement; ces ampères-tours compensateurs, s'opposent à la réaction d'induit secondaire de sorte que le flux résultant suivant l'axe XY est pratiquement nul* Si l'on excite les enroulements de commande 14 et 15 de manière à produire un flux de commande dirigé par exemple de Y vers X, une tension El est induite aux bornes des balais primaires 2 et 4 et donne naissance à un courant de circulation Il dans le circuit primaire de l'induit comme indiqué par la couche interne o, Le courant Il produit une réaction d'induit primaire qui est dirigée de Q vers Z et qui, à son tour,
induit entre les balais 3 et 5 une tension secondaire Eg qui donne naissance à un couramt qui circule dans le circuit secondaire de l'induit du balai 3 au balai 5 en affaiblissant le courant 12. Si le flux de commande est inversé la polarité de la tension Eg est inversée et le courant 12 se trouve renforcé* Dans les deux cas la d.d.p. e disponible entre les bornes B3 et B1 est égale à (U-E), là valeur de E2 pouvant être variée à volonté par rapport à la tension U du réseau d'alimentation.
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Le rôle des enroulements auxiliaires 16 et 17 est de produire un flux supplémentaire le long de l'axe de la réaction d'induit secondaire, s'ajoutant par exemple à celle-ci si l'on veut accroître la sensibilité ou réponse du convertisseur.
On remarquera que le convertisseur qui vient d'être décrit est équivalent à un système en cascade comprenant un premier générateur bipolaire utilisé pour exciter un second générateur bipolaire dont la puissance débitée est par conséquent amplifiée deux fois, et un moteur qui est utilisé pour entraîner les geux générateurs, les trois machines étant superposées en une seule machine ayant induit et inducteur communs*
Etant donné que la machine joue un rôle d'amplifica- teur qui est caractérisé par le rapport de la puissance de commande appliquée aux bornes B4 et B5 à la puissance recueillie entre les bornes B3 et B2 en B1, elle peut.
être utilisée dans des installations de commande ou de régulation* Lexcitation des enroulements de commande peut être variée à la main au moyen d'un rhéostat ou automatiquement au moyen d'un dispositif régulateur, la puissance débitée par le convertisseur étant utilisée pour agir sur le système dont on veut assurer la commande ou la régulation.
La Fig.2 illustre à titre d'exemple l'application de l'invention à la régulation d'un générateur 20 du type à excitation shunt, entraîné par une source appropriée de puissance mécanique. Les bornes de l'inducteur et de l'induit sont respectivement représentées en 21, 22 et 23, 24, les bornes 21 et 23 étant réunies par une connection 25.
Les bornes 23, 24 du générateur sont respectivement connectées aux bornes B1, B2 du convertisseur tandis que la
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borne 22 de l'inducteur du générateur est connecté à la borne de sortie B3 du convertisseur. Les bornes B4 et B5 du convertisseur sont reliées aux bornes;de sortie d'un dispositif régulateur R soumis à la tension fournie par le générateur, si l'on désire une régulation de tension. Ce dispositif régulateur, qui peut être du type pont voltmétri- que ou de tout autre type connu est susceptible de fournir une tension de commande qui est fonction en grandeur et en signe des variations de la tension à maintenir constante, autour d'une valeur déterminée pour laquelle il est réglé.
De ce fait il est clair que toute déviation de la tension de part ou d'autre de cette valeur fait apparaître aux bornes B4, B5 du convertisseur une tension de commande qui produit a son tour une tension de correction e qui s'ajoute à ou se retranche de la tension normale aux bornes de l'inducteur du générateur. La tension fournie par celui-ci est par conséquent maintenue à une valeur sensiblement constante.
Naturellement l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple*
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Dynamo-electric converter.
The present invention relates to dynamo-electric machines and more particularly to those used as rotary converters.
The main object of the invention is to provide a dynamo-electric converter whose output voltage can be varied continuously within relatively large limits including the supply voltage of the converter and this as a function of variations of a small control energy.
Other objects and the characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows.
In the appended drawing given by way of example:
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Fig.l is a diagram of a converter according to the invention and Fig.2 illustrates the application of the invention to the regulation -d'une generator.
As shown in Fig.l, the converter according to the invention comprises a direct current armature 1 of the usual type provided with a winding and a collector connected to said winding and an inductor consisting of a number of poles materialized by the axex XX1, YY1, ZZ1 and QQ1. For reasons of convenience, the machine shown is of the four-pole type, but it is understood that the invention is also applicable to machines having a number of poles which is multiple of 4.
The collector is provided with a group of primary brushes 2 and 4 and a group of secondary brushes 3 and 5 offset with respect to the first so as to produce respectively a primary circuit and a secondary circuit in the armature. The primary and secondary brushes are shown in the drawing in their switching position, which is assumed to be on the axis of the poles. The latter comprise inductor windings 6,7,8 and 9 arranged so as to create alternating south and north polarities under all the poles as in a usual multipolar machine * These windings shown are for example of the shunt type and are connected between, the input terminals Bl and B2 or converter supply terminals.
The primary brushes 2 and 4 are provided with a usual paralleling oonnection 2a which is connected to the input terminal *% by a conductor 2b As will be seen below, a bipolar armature reaction takes place on along the XY axis. when current flows in the secondary circuit of the armature. This armature reaction must be counterbalanced by
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compensating windings 10, 11, 12 and 13 which are distributed over the poles XX1 and YY1 in such a way as to create additive flows along the XY axis.
Windings 10 and
11 are connected in series between the terminal B1 and the brush 5 which constitutes one end of the secondary circuit, while the windings 12 and 13 are connected in series between the brush 3 which constitutes the other end of the secondary circuit and a third terminal B3 or terminal of use. The compensating windings 10, 11, 12 and
13 can be either of the concentrated type or of the pole face type as known in the art.
The inductors of the machine further include means for producing a flux of. control such that a voltage appears across the primary brushes 2 and 4.
These means may consist of a device for varying the reluctance of the poles to create a flow of circulation involving the primary brushes, or else of control windings 14 and 15 arranged on the pole pieces XX1 and wire and connected between two control terminals B4 and B5 so as to produce a control flow along the XY axis. This control flow is likely to vary in size and direction, which is why these windings are not shown as being connected in a circuit * Auxiliary windings
16 and 17 can be arranged on the ZZ1 and QQ1 poles to produce additional flux along the axis of the armature reaction produced by the current flowing in the primary circuit of the armature.
As we will see below various currents originate in each of the conductors of the armature, it is therefore convenient to represent these currents by a point (@ arrow: when a current leaves the figure and by a tail () arrow when a current enters the figure. The distribution of these currents
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in the outer layer of the conductors of the armature is materialized by several layers a, b and c with signs (o) and (-).
The operation of the machine is as follows
Input terminals B1 and B2 are connected to an appropriate distribution network. Terminal B3 remains disconnected. The terminal Bl being for example positive, the armature turns for example in the direction of the arrow f1 and absorbs a current which circulates in the windings 10 and 11, the secondary brush 5, the primary brushes 2 and 4 and returns to the terminal B2 by the driver 2b.
The armature being fed in an asymmetric manner a circulating current starts in the armature and produces an armature reaction directed from Y to X. This reaction can be exactly compensated by the flux produced by the windings 10 and 11 of so that the resulting excitation along the XY axis is practically zero.
The potentials of the secondary brush 3 and of the use terminal B3 are therefore substantially the same as the potential of the secondary brush 5. If the control windings 14 and 15 are now energized, a control flow takes place along the XY axis; its size and direction depend on the intensity and direction of the current in these windings. If for example the control flow is directed from Y to X, it induces in the primary circuit of the armature a primary voltage which in turn creates in 1 - circuit a so-called primary current closing by connection 2a. The primary armature reaction produced by the current flowing in the primary circuit is in quadrature with the control flow and directed from Q to Z.
This primary reaction induces in the secondary circuit of the armature a secondary voltage which appears between the brushes
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secondary 5 and 3 and legally between terminals V3 and Bl.
In fact, the brush 5 becomes negative with respect to the "brush 5, so that the voltage between the terminals B3 and B2 is reduced accordingly. By increasing the control flow the voltage between the terminals B3 and B2 tends towards zero and then increases with an inverse sign until the magnetic circuit subjected to the primary armature reaction is saturated.
If the direction of the control flow is reversed, the reverse phenomenon occurs, i.e. the potential of terminal B3 becomes positive with respect to that of terminal Bl while the voltage between terminals B3 and B2 becomes greater than U.
The machine therefore behaves like a converter fitted with a voltage divider-amplifier system and the power output of which is available between terminal B3 and one or other of terminals B1 and B2.
We will now describe the case where the converter delivers on a load circuit, connected for example between the terminals B3 and B2. The control windings are assumed to be disconnected. A current Ia enters the armature through the brush 5 passing through the windings 10 and 11. The load circuit absorbs a current Iu coming from the brush 3 passing through the windings 12 and 13, while a third running I3 returns to the network by the conductor 2b.
These three currents satisfy the relation: la = lu @ 13
Since the secondary brushes 5 and 3 are at unequal potentials, a circulating current called secondary current 12 is established between them such that:
EMI5.1
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From the two preceding relations one draws:
EMI6.1
The current 13 which is uniformly distributed between the two groups of brushes is used to drive the armature of the machine. The distribution in the armature of this current 13 is materialized by the outer layer a. The current 12 flowing in the secondary circuit of the armature winding, as indicated by the middle layer b, produces a secondary armature reaction directed from Y to X.
The ampere-turns created by the compensating windings are due to current 12 only, since the ampere-turns due to the components. and - 13/2 neutralize each other; these compensating ampere-turns oppose the secondary armature reaction so that the resulting flux along the XY axis is practically zero * If the control windings 14 and 15 are energized so as to produce a flux of control directed for example from Y to X, a voltage El is induced at the terminals of the primary brushes 2 and 4 and gives rise to a circulating current Il in the primary circuit of the armature as indicated by the internal layer o, The current Il produces a primary armature reaction which is directed from Q to Z and which, in turn,
induced between the brushes 3 and 5 a secondary voltage Eg which gives rise to a current which circulates in the secondary circuit of the armature of the brush 3 to the brush 5 by weakening the current 12. If the control flow is reversed the polarity of the voltage Eg is reversed and current 12 is reinforced * In both cases the ddp e available between terminals B3 and B1 is equal to (U-E), the value of E2 being able to be varied at will with respect to the voltage U of the supply network.
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The role of the auxiliary windings 16 and 17 is to produce an additional flux along the axis of the secondary armature reaction, adding for example to this if one wishes to increase the sensitivity or response of the converter.
It will be noted that the converter which has just been described is equivalent to a cascade system comprising a first bipolar generator used to excite a second bipolar generator whose power output is consequently amplified twice, and a motor which is used to drive the two generators, the three machines being superimposed in a single machine having common armature and inductor *
Since the machine plays an amplifier role which is characterized by the ratio of the control power applied to terminals B4 and B5 to the power collected between terminals B3 and B2 at B1, it can.
be used in control or regulation installations * The excitation of the control windings can be varied manually by means of a rheostat or automatically by means of a regulator device, the power output by the converter being used to act on the system to be controlled or regulated.
FIG. 2 illustrates by way of example the application of the invention to the regulation of a generator 20 of the type with shunt excitation, driven by an appropriate source of mechanical power. The terminals of the inductor and the armature are respectively shown at 21, 22 and 23, 24, the terminals 21 and 23 being joined by a connection 25.
The terminals 23, 24 of the generator are respectively connected to the terminals B1, B2 of the converter while the
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terminal 22 of the generator inductor is connected to the output terminal B3 of the converter. The converter terminals B4 and B5 are connected to the output terminals of a regulator device R subjected to the voltage supplied by the generator, if voltage regulation is desired. This regulator device, which may be of the voltmetric bridge type or of any other known type, is capable of supplying a control voltage which is a function in magnitude and sign of the variations in the voltage to be kept constant, around a determined value. for which it is set.
As a result, it is clear that any deviation of the voltage on either side of this value causes a control voltage to appear at the terminals B4, B5 of the converter which in turn produces a correction voltage e which is added to or withdraws from the normal voltage across the generator inductor. The voltage supplied by the latter is therefore maintained at a substantially constant value.
Of course, the invention is in no way limited to the embodiment described and shown which has been given only by way of example *
CLAIMS.
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