<Desc/Clms Page number 1>
Dispositifs de protection pour alternateurs, moteurs à courant alternatif synchrones et équivalents.
La présente invention concerne les dispositifs de protection pour alternateurs, moteurs à courant alternatif synchrones et équivalents, dénommés ci-après machines élec- triques synchrones, et plus spécialement les appareils du genre mentionné servant à mesurer l'angle de déphasage ou à être actionnés en réponse à l'angle de déphasage entre l'axe magnétique du système inducteur de l'alternateur ou moteur et l'axe du champ magnétique réel de celui-ci.
Il faut remarquer que, lorsqu'un alternateur est à vide, l'axe du champ magnétique coîncide avec celui du système inducteur dû à l'enroulement d' excitation, mais quand l'alter- nateur est en charge, à cause des flux transversaux de la réac- tion d'induite il peut y avoir un angle de déphasage entre eux.
<Desc/Clms Page number 2>
La réaction d'induit est particulièrement importante quand l'alternateur fournit un courant déphasé en avance, parce qu'elle a pour effet de renforcer la composante de flux prin- cipale produite par le système inducteur et, par conséquent, pour stabiliser la tension de sortie de l'alternateur, il faut réduire l'excitation produite par le système inducteur. Si l'alternateur débite dans un circuit d'alimentation qui doit avoir une tension sensiblement constante, et si son excitation est réglée par un régulateur de tension automatique, quand le courant de charge augmente, l'excitation est affaiblie par le régulateur de tension jusqu'au moment où l'alternateur décroche.
Des considérations semblables s'appliquent aux autres types de machines synchrones.
Une forme de dispositif de protection utilisable à cette fin comprend un redresseur mécanique ayant deux bornes électriques périodiquement pontées par la rotation du rotor de la machine, ces bornes étant placées dans un circuit alimenté par le courant alternatif allant ou venant de la machine, et un moyen répondant au débit du dit circuit pour donner une indica- tion ou exercer une commande, quand l'angle de déphasage entre l'axe magnétique du système inducteur de la machine et l'axe du champ magnétique réel dépasse ou s'écarte d'une valeur dé- terminée.
Dans une forme d'exécution spécifique, il a été pro- posé un moyen pour augmenter l'excitation inductrice d'une ma- chine électrique, quand l'angle de déphasage entre l'axe magné- tique du système inducteur et\l'axe magnétique réel dépasse une valeur déterminée. Il a été proposé d'utiliser à cet effet un relais polarisé actionné en fonction de la comparaison de la tension moyenne dans le circuit contenant le redresseur mécanique à la tension moyenne dans un circuit alimenté par la même source de courant alternatif.
Le relais polarisé fonctionne comme un régulateur Tirrill,ouvrant et fermant périodiquement le circuit en shunt d'un régulateur de tension de manière à
A
<Desc/Clms Page number 3>
maintenir le courant inducteur de la machine synchrone au niveau le plus faible compatible ave,c la stabilité, tout en évitant en même temps toute augmentation inutile de la tension aux bornes de la machine.
La présente invention procure un dispositif perfec- tionné de régulation de l'excitation d'une machine synchrone.
Suivant la présente invention, un dispositif de protection pour une machine électrique synchrone à courant al- ternatif comprend un redresseur mécanique à deux bornes élec- triques périodiquement pontées par la rotation du rotor de la machine, le redresseur mécanique commandant un circuit alimenté par une source de courant alternatif en synchronisme avec le courant venant ou allant à la machine, et un moyen répondant au débit dudit circuit pour actionner un dispositif de commande, quand l'angle de déphasage entre l'axe magnétique du système inducteur de la machine et le vecteur de tension du courant alternatif débité dépasse ou s'écarte d'une valeur détermi- née, le dit dispositif de commande variant une impédance dans le circuit de commande d'un régulateur de tension de manière à réguler l'excitation de la machine électrique synchrone.
Appliqué à un générateur synchrone, par exemple, le dispositif de commande peut agir sur le régulateur de ten- sion normalement prévu pour réguler l'excitation du généra- teur qui est réglée, au moins dans certaines conditions de fonctionnement, de manière à maintenir la tension de sortie du générateur sensiblement constante ou de manière à donner au générateur une caractéristique d'une certaine forme. A cet effet, le moyen répondant au débit du circuit contenant le re- dresseur mécanique peut varier une résistance, ou dans le cas de courant alternatif, une impédance dans le circuit de com- mande du régulateur de tension.
Quand le moyen répondant au débit du circuit contenant le redresseur mécanique est en fonctionnement, l'excitation du générateur ne dépend plus
<Desc/Clms Page number 4>
simplement de la tension de sortie, mais aussi de l'angle de déphasage entre l'axe mécanique du générateur et le vec- teur de tension du courant alternatif débité. Un tel arrange- ment peut être utilisé pour renforcer l'excitation du généra- teur quand l'angle de déphasage entre l'axe magnétique du sys- tème inducteur de la machine et le vecteur de tension du cou- rant alternatif débité dépasse une valeur déterminée.
Deux formes d'exécution de la présente invention seront décrites, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 représente une forme d'exécution où l'excitation d'une machine excitatrice est réglée par un régu- lateur Tirrill et une résistance peut être insérée, pas à pas, en série avec la bobine de commande du régulateur Tirrill ; etLa figure 2 est un schéma d'une seconde forme d'exé- cution avec un relais polarisé commandant le fonctionnement d'un moteur qui insère progressivement une résistance en série avec un régulateur de tension.
Dans la forme d'exécution de la présente invention représentée à la figure 1, un générateur synchrone 10 envoie du courant triphasé dans les lignes d'alimentation 11 et com- prend un inducteur 12 alimenté par uneexcitatrice 13. L'excita- tion de l'inducteur 14 de l'excitatrice 13 est réglée de façon à varier l'excitation du générateur 10, au moyen d'un régulateur Tirrill de type connu. Un redresseur mécanique 16, couplé méca- niquement au rotor du générateur 10, a deux bornes périodiquement pontées pendant la rotation du générateur. Dans le présent exem- ple, le redresseur mécanique 16 prend la forme d'un commutateur
17 qui établit un chemin électriquement conducteur entre deux balais 18 et 19 pendant environ 180 degrés électriques des 360 degrés électriques de chaque rotation complète du générateur.
Si le générateur est une mach ne à quatre pôles, le commutateur peut être disposé de façon à relier entre eux les deux balais, @
<Desc/Clms Page number 5>
pendant deux périodes de 90 degrés de rotation dans chaque rotation complète du moteur. Ou bien, on peut utiliser, au lieu du redresseur mécanique ci-dessus, tout autre dispositif, comme par exemple un interrupteur commandé par came qui se ferme pen- dant une partie déterminée de chaque cycle de courant alterna- tif, la partie du cycle pendant laquelle l'interrupteur se ferme dépendant de la relation angulaire entre les positions de l'axe magnétique du système inducteur et le vecteur de tension qui re- présente le champ magnétique réel.
Un relais polarisé 20 comprend une bobine d'excitation 21 recevant le courant du circuit contenant le redresseur méca- nique 16 par l'intermédiaire d'un circuit de filtrage compre- nant une résistance 22 et un condensateur 23 et aussi un poten- tiomètre 24 au moyen duquel on peut varier le courant envoyé au relais. Le circuit comprenant le redresseur mécanique 16 et le potentiomètre 24 reçoit du courant alternatif de l'enrou- lement secondaire d'un transformateur 25 alimenté par une phase du réseau alternatif 11. Le relais 20 a une armature 26 qui se déplace entre deux paires de contacts 27 et 28 et peut prendre une position d'équilibre entre les deux paires de contacts.
Quand l'armature du relais ferme une paire de contacts 27, elle excite la bobine d'excitation 30 d'un relais à deux contacts normalement ouverts 31 et 32. Les contacts 31 connectent une résistance shunt 33 aux bornes de l'enroulement d'excitation 34 du régulateur de tension 15 du type Tirrill à deux contacts vibratoires 35 et 36 commandés par une armature 37 dans le cir- cuit de l'enroulement inducteur 38 de l'excitatrice 13 du géné- rateur principal 10. L'inducteur 38 est alimenté par une source de courant continu 39 à travers les contacts 35 et 36 et une résistance variable 40.
L'enroulement d'excitation 34 du régu- lateur Tirrill 15 est alimenté par la sortie du générateur, à travers un transformateur 41, une résistance variable 42, un redresseur 43 et une résistance 44-. de manière à maintenir la
<Desc/Clms Page number 6>
tension aux bornes du générateur sensiblement constante, dans des conditions normales de fonctionnement. Une résistance à prise 45 est mise en série avec l'enroulement d'excitation 34 du régulateur Tirrill et un dispositif de commande suivant la présente invention est associé de manière à modifier la valeur de la résistance 45 insérée dans le circuit du régula- teur de tension et, par conséquent, l'excitation du généra- teur 10.
Dans des conditions de marche normales, quand l'angle de déphasage entre l'axe magnétique du système inducteur du générateur et le vecteur de tension du courant alternatif débité est petit, la résistance 34 est hors service, mais elle est introduite en cas de marche anormale avec un angle de dé- phasage excessif. La modification de la valeur de la résis- tance 34 insérée dans le circuit du régulateur peut se faire par un commutateur pas-à-pas pourvu d'une bobine d'excitation 46 recevant son courant continu d'une source 47 par la fermeture des contacts 32 au moment où la résistance shunt 33 est mise aux bornes de l'enroulement d'excitation 34 du régulateur de tension 15.
Quand l'angle de déphasage entre l'axe magnétique du système inducteur du générateur et le vecteur de tension du courant alternatif débité envoyé dans le circuit contenant le redresseur mécanique, dépasse une valeur déterminée, le relais 20 ferme la paire des contacts 27, qui mettent la bobine d'excitation 30 du second relais en liaison avec la source de courant continu 48 et appliquent le shunt à l'enroulement d'exci- tation du régulateur de tension tout en excitant simultanément la bobine d'excitation 46 du commutateur pas-à-pas de manière à introduire une section supplémentaire de la résistance 45 dans le circuit d'alimentation de l'enroulement d'excitation 34 du régulateur de tension.
La réduction de courant dans l'enroulement d'excitation 34 du régulateur force ce dernier à augmenter l'excitation de l'excitatrice 13 et, par conséquent, @
<Desc/Clms Page number 7>
l'excitation du générateur 10. Le renforcement du champ in- ducteur du générateur tend à réduire l'angle de déphasage entre l'axe magnétique du système inducteur du générateur et le vecteur de tension du courant alternatif débité. Quand cela se produit, le relais 20 ouvre la première paire de contacts 27.
Si l'angle de déphasage n'est pas assez réduit, le relais 20 ferme à nouveau la première paire de contacts 27, shuntant à nouveau l'enroulement d'excitation 34 du régulateur de ten- sion et actionnant le commutateur pas-à-pas de manière à introduire une autre section de la résistance 45 dans le circuit d'alimentation 34 du régulateur de tension. Cette suite d'o- pérations se répètera jusqu'à ce que l'excitation du générateur 10 aura été suffisamment renforcée pour empêcher que l'angle de déphasage entre l'axe magnétique du système inducteur du générateur et le vecteur de tension ne dépasse la valeur dé- terminée.
Quand l'angle de déphasage descend en-dessous d'une certaine valeur, le relais 20 ferme la seconde paire de con- tacts 28 de manière à mettre en service un dispositif de rappel 49 qui fait marcher le commutateur pas-à-pas en sens inverse afin de réduire la partie de résistance 45 en série avec l'en- roulement d'excitation 34 du régulateur de tension 15.
Dans une variante représentée à la figure 2, aussi dans son application à un générateur synchrone, l'arbre du générateur 10 porte un interrupteur rotatif 17 qui ferme un circuit électrique entre deux balais 18 et 19 pendant environ 180 degrés électriques des 360 degrés électriques d'une rota- tion complète. Cet interrupteur consiste en une bague collec- trice interrompue portée par l'arbre et associée à une paire de balais 18 et 19 montés sur un support (non représenté) mobile de manière à pouvoir régler la position de ce dernier par rap- port à l'axe du générateur.
Les contacts de l'interrupteur se trouvent dans un circuit d'alimentation de courant allant de l'enroulement secondaire d'un transformateur de tension 60 à
<Desc/Clms Page number 8>
la bobine d'excitation 61 d'un relais polarisé 62 ayant une armature 63 qui touche un contact 64 quand l'armature du relais se déplace dans un sens et touche un autre contact 65 qui se ferme quand l'armature se déplace dans l'autre sens. L'enroule- ment primaire du transformateur de tension 60 est alimenté par le débit du générateur. Une bobine de commande d'un régulateur de tension 66, qui peut être de tout type convenable, est ali- mentéepar l'enroulement secondaire du transformateur de tension 60, à travers une résistance variable 67 avec un curseur mobile 68 entraîné par un moteur électrique à courant continu, par l'intermédiaire d'une vis sans fin.
L'enroulement inducteur 70 du moteur électrique 69 est connecté à la source de courant continu 71 et un des balais 72 du moteur est relié au point de jonction de deux résistances 73 et 74 mises aux bornes de la source 71. L'autre balais 75 du moteur est relié à l'armature 63 et de là, soit par le contact 64 et une résistance 76 à une borne de la source de courant continu, soit par le contact 65 à l'autre borne de cette source.
En fonctionnement normal du générateur, quand l'angle de déphasage entre l'axe du générateur et le vecteur de tension est compris dans les limites prévues, l'armature 63 touche le contact 64 et alimente l'induit du moteur de façon que celui- ci entraîne lentement le curseur 68 de la résistance variable 67 de manière à réduire la partie de la résistance mise en série avec l'enroulement d'excitation du régulateur de tension ou à maintenir cette partie à zéro. Un interrupteur de limite (non représenté) coupe le moteur d'entraînement quand on a at- teint la valeur minimum de la résistance variable.
Quand l'ar- mature 63 touche l'autre contact 65 à cause d'un déphasage angulaire de l'axe du générateur par rapport au vecteur de tension, qui dépasse une valeur déterminée, le moteur d'entraînement 69 tourne rapidement dans le sens qui amène le curseur 68 à intro- duire plus de résistance 67 en série avec l'enroulement d'exci- tation du régulateur de tension 66, de manière à augmenter @
<Desc/Clms Page number 9>
l'excitation du générateur et, par conséquent, à réduire l'angle de déphasage entre l'axe magnétique du système in- ducteur du générateur et le vecteur de tension. Le mouve- ment rapide du curseur augmentant la résistance lui fera dé- passer la limite de stabilité, de sorte que l'excitation est d'abord plus renforcée qu'il ne faut et l'armature 63 touche à nouveau le contact 64.
Le mouvement lent de réduction de la résistance en série avec l'enroulement d'excitation du régu- lateur de tension, évite les oscillations périodiques dues à l'interruption du circuit dès que la valeur optimum de résis- tance insérée est atteinte, la variation de résistance étant suffisamment lente pour empêcher un nouveau rappel de l'arma- ture 63 du relais polarisé contre le second contact 65. Quand l'angle de déphasage diminue à cause d'un changement dans les conditions de fonctionnement du générateur, le curseur 68 de la résistance 67 est ramené à sa position de valeur minimum et le moteur est coupé par l'interrupteur de limite. La dif- férence des vitesses du moteur d'entraînement 70 dans\les deux sens de mouvement est obtenue par la position non symé- trique de la prise sur le potentiomètre 71 représenté à la figure 2.
Cette variation de vitesse peut aussi être obtenue en alimentant le moteur par une batterie à prises, ou par deux sources séparées comme deux redresseurs, l'un pour la marche avant et l'autre pour la marche arrière, de manière à éviter la consommation inutile d'énergie inévitable avec un potentiomètre.
Quoique la présente invention ait été décrite dans son application à la commande de générateurs synchrones, il faut remarquer que des dispositifs semblables peuvent être appliqués à la commande de moteurs synchrones. En outre, au lieu d'utiliser la tension appliquée au moteur ou produite par le générateur pour alimenter le circuit contenant le re- dresseur mécanique, ce courant alternatif peut être obtenu
<Desc/Clms Page number 10>
de toute autre source convenable, comme par exemple une barre omnibus à laquelle le générateur ou le moteur est connecté.
Cette barre-omnibus peut être éloignée de la machine à comman- der mais il faut évidemment que cette source soit en synchro- nisme avec la sortie du générateur ou l'alimentation du moteur.
REVENDICATIONS.
1.- Dispositif de protection pour une machine élec- trique à courant alternatif synchrone comprenant un redres- seur mécanique avec deux bornes électriques périodiquement pontées par la rotation du rotor de la machine, ledit redres- seur mécanique commandant un circuit alimenté par une source de courant alternatif en synchronisme avec le courant fourni à la machine ou débité par elle, et un moyen répondant au débit dudit circuit pour actionner le dispositif de commande quand le déphasage angulaire entre l'axe magnétique du système inducteur de la machine et le vecteur de tension du courant alternatif dépasse ou s'écarte d'une valeur déterminée, ledit dispositif de commande faisant varier une impédance dans le circuit de commande d'un régulateur de tension servant à rég- ler l'excitation de la machine électrique synchrone.
2. - Dispositif de protection suivant la revendica- tion 1, appliqué à un générateur synchrone, caractérisé en ce que le dispositif de commande renforce l'excitation du géné- rateur quand l'angle de déphasage entre l'axe magnétique du système inducteur de la machine et le vecteur de tension du courant alternatif débité dépasse une valeur déterminée.
3. - Dispositif de protection suivant la revendica- tion 1 ou 2, caractérisé en ce que l'excitation de la machine électrique synchrone est commandée par un régulateur Tirrill et le dispositif de commande varie la valeur de la résistance insérée dans le circuit de commande du régulateur Tirrill.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
Protection devices for alternators, synchronous AC motors and the like.
The present invention relates to protection devices for alternators, synchronous AC motors and the like, hereinafter referred to as synchronous electric machines, and more especially to devices of the type mentioned serving to measure the phase angle or to be actuated by. response to the phase angle between the magnetic axis of the inductor system of the alternator or engine and the axis of the real magnetic field thereof.
It should be noted that when an alternator is idle, the axis of the magnetic field coincides with that of the inductor system due to the excitation winding, but when the alternator is under load, because of the transverse fluxes. of the induced reaction there may be a phase shift angle between them.
<Desc / Clms Page number 2>
The armature reaction is particularly important when the alternator provides a phase-shifted current in advance, because it has the effect of strengthening the main flux component produced by the inductor system and, therefore, to stabilize the voltage of output of the alternator, the excitation produced by the inductor system must be reduced. If the alternator delivers in a supply circuit which must have a substantially constant voltage, and if its excitation is regulated by an automatic voltage regulator, when the load current increases, the excitation is weakened by the voltage regulator to 'when the alternator stalls.
Similar considerations apply to other types of synchronous machines.
One form of protection device usable for this purpose comprises a mechanical rectifier having two electrical terminals periodically bridged by the rotation of the machine rotor, these terminals being placed in a circuit supplied by the alternating current to or from the machine, and a means responding to the flow rate of said circuit for giving an indication or exerting a command, when the phase shift angle between the magnetic axis of the inducing system of the machine and the axis of the real magnetic field exceeds or deviates from a determined value.
In a specific embodiment, a means has been proposed for increasing the inductive excitation of an electric machine, when the phase shift angle between the magnetic axis of the inductive system and the real magnetic axis exceeds a determined value. It has been proposed to use for this purpose a polarized relay actuated as a function of the comparison of the average voltage in the circuit containing the mechanical rectifier with the average voltage in a circuit supplied by the same source of alternating current.
The polarized relay functions as a Tirrill regulator, periodically opening and closing the shunt circuit of a voltage regulator so as to
AT
<Desc / Clms Page number 3>
maintain the inducing current of the synchronous machine at the lowest level compatible with stability, while at the same time avoiding any unnecessary increase in the voltage at the terminals of the machine.
The present invention provides an improved device for regulating the excitation of a synchronous machine.
According to the present invention, a protection device for an alternating current synchronous electric machine comprises a mechanical rectifier with two electric terminals periodically bridged by the rotation of the rotor of the machine, the mechanical rectifier controlling a circuit supplied by a source. of alternating current in synchronism with the current coming or going to the machine, and a means responsive to the flow of said circuit for actuating a control device, when the phase shift angle between the magnetic axis of the inductor system of the machine and the vector voltage of the supplied alternating current exceeds or deviates from a determined value, the said control device varying an impedance in the control circuit of a voltage regulator so as to regulate the excitation of the synchronous electric machine .
Applied to a synchronous generator, for example, the control device can act on the voltage regulator normally provided to regulate the excitation of the generator which is regulated, at least under certain operating conditions, so as to maintain the voltage. generator output voltage substantially constant or so as to give the generator a characteristic of some form. To this end, the means responding to the flow rate of the circuit containing the mechanical rectifier can vary a resistance, or in the case of alternating current, an impedance in the control circuit of the voltage regulator.
When the means responding to the flow of the circuit containing the mechanical rectifier is in operation, the excitation of the generator no longer depends
<Desc / Clms Page number 4>
simply the output voltage, but also the phase angle between the mechanical axis of the generator and the voltage vector of the supplied alternating current. Such an arrangement can be used to enhance the excitation of the generator when the phase shift angle between the magnetic axis of the inducing system of the machine and the voltage vector of the supplied alternating current exceeds a value. determined.
Two embodiments of the present invention will be described, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 shows an embodiment where the excitation of an exciting machine is controlled by a Tirrill regulator and a resistor can be inserted, step by step, in series with the Tirrill regulator control coil; and Figure 2 is a schematic of a second embodiment with a polarized relay controlling the operation of a motor which progressively inserts a resistor in series with a voltage regulator.
In the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, a synchronous generator 10 sends three-phase current through the supply lines 11 and comprises an inductor 12 supplied by an exciter 13. The excitation of l The inductor 14 of the exciter 13 is adjusted so as to vary the excitation of the generator 10, by means of a Tirrill regulator of known type. A mechanical rectifier 16, mechanically coupled to the rotor of generator 10, has two terminals periodically bridged during generator rotation. In the present example, the mechanical rectifier 16 takes the form of a switch
17 which establishes an electrically conductive path between two brushes 18 and 19 for approximately 180 electrical degrees of the 360 electrical degrees of each complete rotation of the generator.
If the generator is a four-pole machine, the switch can be arranged so as to connect the two brushes to each other, @
<Desc / Clms Page number 5>
for two periods of 90 degrees of rotation in each complete rotation of the engine. Or, instead of the above mechanical rectifier, any other device, such as a cam-controlled switch which closes during a determined part of each alternating current cycle, the part of the cycle, can be used. during which the switch closes depending on the angular relationship between the positions of the magnetic axis of the inductor system and the voltage vector which represents the real magnetic field.
A polarized relay 20 comprises an excitation coil 21 receiving the current of the circuit containing the mechanical rectifier 16 via a filter circuit comprising a resistor 22 and a capacitor 23 and also a potentiometer 24. by means of which the current sent to the relay can be varied. The circuit comprising the mechanical rectifier 16 and the potentiometer 24 receives alternating current from the secondary winding of a transformer 25 supplied by a phase of the alternating network 11. The relay 20 has an armature 26 which moves between two pairs of contacts 27 and 28 and can take a position of equilibrium between the two pairs of contacts.
When the relay armature closes a pair of contacts 27, it energizes the excitation coil 30 of a relay with two normally open contacts 31 and 32. The contacts 31 connect a shunt resistor 33 across the coil winding. excitation 34 of the voltage regulator 15 of the Tirrill type with two vibratory contacts 35 and 36 controlled by an armature 37 in the circuit of the field winding 38 of the exciter 13 of the main generator 10. The inductor 38 is supplied by a direct current source 39 through the contacts 35 and 36 and a variable resistor 40.
The excitation winding 34 of the Tirrill regulator 15 is supplied by the output of the generator, through a transformer 41, a variable resistor 42, a rectifier 43 and a resistor 44-. so as to maintain the
<Desc / Clms Page number 6>
voltage at the terminals of the generator substantially constant, under normal operating conditions. A tap resistor 45 is put in series with the excitation winding 34 of the Tirrill regulator and a control device according to the present invention is associated so as to modify the value of the resistor 45 inserted in the circuit of the regulator. voltage and therefore the excitation of generator 10.
Under normal running conditions, when the phase shift angle between the magnetic axis of the generator inductor system and the voltage vector of the supplied alternating current is small, resistor 34 is out of service, but it is introduced when running abnormal with an excessive shift angle. The modification of the value of the resistor 34 inserted in the regulator circuit can be done by a step-by-step switch provided with an excitation coil 46 receiving its direct current from a source 47 by closing the switches. contacts 32 when the shunt resistor 33 is placed across the excitation winding 34 of the voltage regulator 15.
When the phase angle between the magnetic axis of the inductor system of the generator and the voltage vector of the supplied alternating current sent to the circuit containing the mechanical rectifier exceeds a determined value, the relay 20 closes the pair of contacts 27, which connect the excitation coil 30 of the second relay to the direct current source 48 and apply the shunt to the field winding of the voltage regulator while simultaneously energizing the excitation coil 46 of the on-switch. step by step so as to introduce an additional section of resistor 45 in the supply circuit of the excitation winding 34 of the voltage regulator.
Reducing the current in the excitation winding 34 of the regulator forces the regulator to increase the excitation of the exciter 13 and, therefore, @
<Desc / Clms Page number 7>
the excitation of the generator 10. The strengthening of the inducing field of the generator tends to reduce the phase shift angle between the magnetic axis of the inducing system of the generator and the voltage vector of the supplied alternating current. When this happens, relay 20 opens the first pair of contacts 27.
If the phase angle is not reduced enough, relay 20 closes the first pair of contacts 27 again, again bypassing the field winding 34 of the voltage regulator and actuating the step switch. not so as to introduce another section of resistor 45 into the supply circuit 34 of the voltage regulator. This series of operations will be repeated until the excitation of generator 10 has been sufficiently reinforced to prevent the phase angle between the magnetic axis of the inductor system of the generator and the voltage vector from exceeding the value determined.
When the phase angle drops below a certain value, the relay 20 closes the second pair of contacts 28 so as to activate a return device 49 which operates the stepping switch. reverse in order to reduce the resistance part 45 in series with the excitation winding 34 of the voltage regulator 15.
In a variant shown in Figure 2, also in its application to a synchronous generator, the shaft of the generator 10 carries a rotary switch 17 which closes an electrical circuit between two brushes 18 and 19 for approximately 180 electrical degrees of the 360 electrical degrees d 'one full rotation. This switch consists of an interrupted collector ring carried by the shaft and associated with a pair of brushes 18 and 19 mounted on a support (not shown) movable so as to be able to adjust the position of the latter with respect to the shaft. axis of the generator.
The switch contacts are in a current supply circuit from the secondary winding of a voltage transformer 60 to
<Desc / Clms Page number 8>
the excitation coil 61 of a polarized relay 62 having an armature 63 which touches a contact 64 when the armature of the relay moves in one direction and touches another contact 65 which closes when the armature moves in the other way. The primary winding of the voltage transformer 60 is supplied by the output of the generator. A control coil of a voltage regulator 66, which can be of any suitable type, is supplied by the secondary winding of the voltage transformer 60, through a variable resistor 67 with a movable slider 68 driven by an electric motor. direct current, through a worm screw.
The inductor winding 70 of the electric motor 69 is connected to the direct current source 71 and one of the brushes 72 of the motor is connected to the junction point of two resistors 73 and 74 placed at the terminals of the source 71. The other brushes 75 of the motor is connected to the armature 63 and from there either by the contact 64 and a resistor 76 to one terminal of the direct current source, or by the contact 65 to the other terminal of this source.
In normal operation of the generator, when the phase shift angle between the axis of the generator and the voltage vector is within the limits provided, the armature 63 touches the contact 64 and supplies the armature of the motor so that the latter Ci slowly drives the cursor 68 of the variable resistor 67 so as to reduce the part of the resistor placed in series with the excitation winding of the voltage regulator or to keep this part at zero. A limit switch (not shown) turns off the drive motor when the minimum value of the variable resistor has been reached.
When the armature 63 touches the other contact 65 because of an angular phase shift of the axis of the generator with respect to the voltage vector, which exceeds a determined value, the drive motor 69 rotates rapidly in the direction. which causes cursor 68 to introduce more resistance 67 in series with the energizing winding of voltage regulator 66, so as to increase @
<Desc / Clms Page number 9>
excitation of the generator and, consequently, to reduce the phase shift angle between the magnetic axis of the generator inductor system and the voltage vector. The rapid movement of the cursor increasing the resistance will cause it to exceed the limit of stability, so that the excitation is first more reinforced than necessary and the armature 63 touches the contact 64 again.
The slow movement of resistance reduction in series with the excitation winding of the voltage regulator, avoids periodic oscillations due to the interruption of the circuit as soon as the optimum value of inserted resistance is reached, the variation of resistance being slow enough to prevent re-pulling of the armature 63 of the polarized relay against the second contact 65. When the phase angle decreases due to a change in the operating conditions of the generator, the cursor 68 of resistor 67 is returned to its minimum value position and the motor is cut off by the limit switch. The difference in the speeds of the drive motor 70 in the two directions of movement is obtained by the non-symmetrical position of the tap on the potentiometer 71 shown in FIG. 2.
This speed variation can also be obtained by supplying the motor with a plug-in battery, or by two separate sources such as two rectifiers, one for forward and the other for reverse, so as to avoid unnecessary consumption. inevitable energy with a potentiometer.
Although the present invention has been described in its application to the control of synchronous generators, it should be noted that similar devices can be applied to the control of synchronous motors. In addition, instead of using the voltage applied to the motor or produced by the generator to power the circuit containing the mechanical rectifier, this alternating current can be obtained.
<Desc / Clms Page number 10>
from any other suitable source, such as for example a bus bar to which the generator or motor is connected.
This bus bar can be moved away from the machine to be controlled, but this source must obviously be in synchronism with the output of the generator or the power supply to the engine.
CLAIMS.
1.- Protection device for an electric machine with synchronous alternating current comprising a mechanical rectifier with two electric terminals periodically bridged by the rotation of the rotor of the machine, said mechanical rectifier controlling a circuit supplied by a source of alternating current in synchronism with the current supplied to or debited by the machine, and means responding to the flow of said circuit for actuating the control device when the angular phase shift between the magnetic axis of the inductor system of the machine and the voltage vector alternating current exceeds or deviates from a determined value, said control device varying an impedance in the control circuit of a voltage regulator serving to regulate the excitation of the synchronous electric machine.
2. - A protection device according to claim 1, applied to a synchronous generator, characterized in that the control device reinforces the excitation of the generator when the phase shift angle between the magnetic axis of the inductor system of the machine and the voltage vector of the supplied alternating current exceeds a determined value.
3. - A protection device according to claim 1 or 2, characterized in that the excitation of the synchronous electric machine is controlled by a Tirrill regulator and the control device varies the value of the resistance inserted in the control circuit. of the Tirrill regulator.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.