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Perfectionnements aux appareils de commande de machines électriques , synchrones.
La présente invention concerne les appareils de commande de machines électriques synchrones comme les alternateurs, les moteurs à courant alternatifsynchrones et équivalents, et concer- ne particulièrement les appareils servant à mesurer l'angle de dé- phasage ou à être actionnés en fonction de l'angle de déphasage entre l'axe magnétique du système inducteur de la machine et l'axe de son champ magnétiaue réel.
Quand un alternateur, par exemple, tourne à vide, l'axede son champ magnétique coïncide avec l'axe du système inducteur, parce que l'enroulement inducteur seul intervient, mais quand l'al- ternateur est en charge, les flux transversaux dus à la réaction d'induit peuvent déphaser les deux axes d'un certain angle. La réaction d'induit est particulièrement importante ouand l'alter- nateur débite un courant déphasé en avant, parce que, dans ces conditions, la réaction d'induit renforce la composante de flux
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principale due au système inducteur, et pour maintenir la tension de sortie de l'alternateur constante il faut donc réduire l'exci- tation.
Si l'alternateur débite dans un circuit d'alimentation dont la tension doit rester sensiblement constante et si son exci- tation est réglée par un régulateur de tension automatique, quand l'intensité du courant capacitif augmente, l'excitation sera réduite par le régulateur de tension, jusou'à atteindre un état dans lequel l'alternateur décroche. Des conditions semblables se présentent pour d'autres types de machines synchrones.
Il a été proposé d'utiliser des dispositif avec un re- dresseur mécanique ayant deux bornes électriques périodiquement pontées par la rotation du rotor de la machine, le redresseur méca- nique commandant un circuit alimenté par une source de courant alternatif en synchronisme avec le courant envoyé à ou débité par la machine, et un moyen répondant au débit de ce circuit pour donn. une indication ou effectuer une commande, quand l'axe du système inducteur de la machine et l'axe du champ magnétique réel sont déphasés d'un angle qui dépasse ou s'écarte d'une valeur déter- minée.
Suivant la présente invention, l'appareil de commande d'une achine électrique synchrone comprend un générateur de cou- rant alternatif synchrone entraîné par l'arbre de la machine élec- trique synchrone et produisant du courant alternatif de la même fréquence que le courant alternatif envoyé à ou débité par la ma- chine électrique synchrone, et un moyen répondant au déphasage en- tre la tension de sortie du générateur et la tension du courant envoyé à ou débité par la machine électrique synchrone, pour dé- terminer ou indiquer le déphasage ou pour effectuer une commande en fonction de ce déphasage.
Un avantage d'un dispositif conforme à la présente inven- tion consiste en ce que, si le générateur de courant alternatif synchrone a un système inducteur à aimant permanent monté sur le
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rotor et induisant une tension alternative dans les enroulements du stator de la génératrice, il est inutile de prévoir des conne- xions électriques entre des parties fixes et des parties tournan- tes de l'appareil.
Tout dispositif convenable peut être utilisé pour déter- miner le déphasage entre la tension de sortie du générateur et la tension du courant envoyé à ou débité par la machine électri- que synchrone. Par exemple un producteur de couple peut être utilisé. Un tel dispositif comprend un induit bipolaire pouvant effectuer une rotation limitée entre deux paires de pièces po- laires, de manière que lorsaue le recouvrement d'un pôle d'induit et d'une pièce polaire de chaoue paire augmente, le recouvrement du même pôle d'induit et de l'autre pièce polaire de la même pai- re diminue,
un premier enroulement pour produire un flux magné- tique en parallèle dans les pièces polaires de chaque paire et un second enroulement pour faire varier la répartition du flux entre les pièces polaires de chaque paire. L'enroulement produisant le flux magnétique en parallèle dans les pièces polaires peut être connecté au circuit parcouru par le courant envoyé à ou débité par la machine électrique synchrone principale, tandis que l'en- roulement servant à varier la répartition du flux entre les pai- res de pièces polaires est alimenté par le générateur auxiliaire à aimant permanent.
Des relais directionnels à courant alternatif à action rapide de n'importe quel type ont tendance à vibrer quand ils sont fortement excités en travaillant près du point de fonctionnement où le couple moyen résultant est pratiquement nul.
Cette vibration est due à ce que le couple résultant change de signe périodiquement. On peut éviter ce défaut., en prévoyant un second enroulement du même genre que celui qui varie la réparti- tion du flux, au'on excite au moyen d'un. courant déphasé de façon constante par rapport au courant produisant le flux magnétioue principal mais dont l'amplitude et le sens sont tels que le cou- ple moyen produit par cet enroulement soit nul mais de sens ins-
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tantané opposé à la composante de couple qui produit les pulsa- tions dues au courant dans l'enroulement qui sert à la comparai- son de phase avec le courant dans l'enroulement inducteur princi- pal.
Ou bien, on peut utiliser un seul enroulement du genre va- riant la répartition de flux, mais il peut être excité par une tension qui est la somme de la tension induite dans le généra- teur à aimant permanent et d'une tension auxiliaire à laquelle on donne de préférence une amplitude et un déphasage tels qu'elle soit égale et opposée à la tension du générateur à aimant perma- nent correspondant au déphasage entre tension de rotor et de sortie pour lequel le couple du relais doit être nul.
Trois formes d'exécution de la présente invention seront décrites, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés.
Les formes d'exécution des Figs. 2 et 3 sont des va- riantes de la forme d'exécution de la Fig. 1.
Comme la Fig. 1 le montre., l'appareil de commande d'une machine électrique synchrone génératrice 10 connectée à un circuit d'alimentation à courant alternatif triphasé 11, comprend un alternateur à aimant permanent ayant son système inducteur 12 monté sur l'arbre de la machine 10. Le stator 13 de l'alternateur à aimant permanent porte des enroulements 14 qui débitent du cou- rant alternatif .
Le système inducteur à aimant permanent 12 a le même nombre de pôles que la machine principale 10 de sorte que le courant alternatif débité par les enroulements 14 ait la même fré- quence que le réseau (11. Le déphasage entre le courant alternatif des enroulements 14 et le courant alternatif du réseau 11 indique l'angle de déphasage entre l'axe magnétique du système inducteur de la machine principale 10 et l'axe du champ magnétique réel de cette machine. Un transformateur de tension 15 a son enroulement primaire connecté à deux phases du réseau à courant alternatif 11, tandis que son enroulement secondaire alimente un régulateur de tension 16 et un enroulement 20 d'un relais portant la référence générale 21.
Le relais 21 comprend un noyau 22 comportant quatre
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pôles disposés en deux paires 23-23' et 24-24' respectivement, associé à un induit bipolaire 25 pouvant effectuer une rotation limitée entre les pôles.
L'enroulement 20 alimenté par le secondaire du transfor- mateur de tension 15 produit un flux magnetique alternatif dans le noyau 22 et les pôles 23-23' et 24-24' en parallèle. D'autres en- roulements 26 sont associés aux pôles 23 et 24 de manière à va- rier la répartition du flux magnétique entre les pôles et, par conséquent, la position prise par l'induit 25. Ce dernier est méca- niquement couplé à un contact 27 mobile entre deux contacts fixes 28 et 29.
Le relais 21 commande le fonctionnement du régulateur de tension 16 de manière qu'il dépende, au moins dans certaines conditions de charge, du déphasage entre la tension de sortie de l'alternateur à aimant permanent et le réseau 11 de manière à éviter qu'un déphasage critique entre ces tensions ne soit dépas- sé. A cet effet, l'enroulement d'excitation du régulateur de ten- sion 16 est alimenté par l'enroulement secondaire du transforma- teur de tension 15, par l'intermédiaire d'une résistance variable 30 et d'une résistance 31 qui peut être court-circuitée par les contacts 32 d'un relais ayant une bobine d'excitation 33.
Le cur- seur 34 de la résistance variable 30 est actionné par un axe 35 entraîné, par l'intermédiaire d'un engrenage réducteur 36, par un moteur électrique à courant continu 37 ayant un inducteur 38 pouvant être connecté aux bornes 39 et 40 d'une source de courant continu. Un des balais 41 du courant électrique à courant continu 37 est connecté à une prise 42 d'un diviseur de tension 43 con- necté aux bornes 39 et 40. L'autre balai 44 du moteur électrique à courant continu 37 est relié au contact mobile 27. Le contact fixe 28 est relié par une résistance 45 à la borne 40 de la sour- ce de courant continu.
Quand l'angle de déphasage entre l'axe magnétique du système inducteur et l'axe du champ magnetique réel
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de la machine 10, indique par les tensions du réseau 11, dépasse une-valeur déterminée l'induit 25 du relais 21 tourne et le contact mobile 27 touche le contact fixe 28, fermant ainsi un circuit d'alimentation de l'induit du moteur électrique à cou- rant continu 37, partant de la source de courant continu aux bornes 39 et 40 par la résistance 45 et la partie du diviseur de tension 43 comprise entre la borne 39 et la prise 42.
Ceci pro- voque la rotation rapide de l'axe 35 qui force le curseur 34 à insérer une partie croissante de la résistance 30 en série avec l'enroulement d'excitation du régulateur de tension 16, de manière à empêcher le régulateur de tension: de continuer à fonctionner dans un sens de diminution de l'excitation de la machine à courant alternatif principale 10, et à avoir ainsi une influence stabili- sante.
Si l'angle de déphasage entre l'axe magnétique du système inducteur et l'axe du champ magnétique réel de la machine 10 est réduit, le contact mobile 27 du relais 21 touche l'autre contact fixe 29 de manière à fermer un circuit comprenant l'induit du moteur électrique à courant continu 37, allant de la borne 39 de la source de courant continu par la bobine d'excitation 33, les contacts fixe et mobile 29 et 27, le balai 44, l'induit du mo- teur électrique à courant continu 37, le balai 41, la prise 42 et la majeure partie du diviseur de tension 43, à la borne 40 de la source de courant continu. Ouand ce circuit se ferme, le mo- teur électrique à courant continu 37 tourne dans le sens opposé de manière à réduire la partie de la résistance 30 en série avec l'enroulement d'excitation du régulateur de tension 16.
De préfé- rence, le moteur électrique à courant continu 37 est arrangé de façon à tourner lentement pour réduire la résistance et rela- tivement vite pour accroître la résistance en série avec l'en- roulement d'excitation du régulateur de tension 16. Le courant qui passe dans la bobine d'excitation 33 quand le contact mobile 27 touche le contact fixe 29, ferme les contacts 32 de manière à court-circuiter la résistance 31 quand le moteur électrique
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à courant continu 37 tourne dans le sens de réduction de la par- tie de la résistance 30 en série avec l'enroulement d'excitation du régulateur de tension 16.
En court-circuitant la résistance 31, on peut réduire la tendance du moteur électrique à courant con- tinu 37 à dépasser les bornes fixées par inertie et supprimer les oscillations entretenues.
La forme d'exécution représentée à la Fig. 2 est généralement semblable à celle de la Fig. l, avec certaines modi- fications. Les mêmes parties sur les deux figures portent les mêmes références. Dans la forme d'exécution de la fig. 2, un relaie supplémentaire a sa bobine d'excitation 50 connectée entre le con- tact fixe 28 et la résistance 45, et ses contacts 51 s'ouvrent ouand le contact mobile 27 touche le contact fixe 28 de manière à insérer une résistance supplémentaire 52 en série avec l'enrou- lement d'excitation du régulateur de tension 16.
L'insertion de cette résistance supplémentaire 52 non seulement aide à prévenir un dépassement excessif des bornes fixées par la. commande,. quand la partie de la résistance 30 en série avec l'enroulement d'exci- tation du régulateur de tension 16 est accrue, mais elle augmente la stabilité de la machine en accélérant initialement l'action du régulateur de tension pour l'accroissement du champ inducteur, quand un angle de déphasage critique est dépassé.
Dans la forme d'exécution de la Fig. 2, les enroule- ments 26 du relais 21 sont excités par du courant alternatif ayant deux composantes, une dérivée de la sortie des bobinages 14 du générateur à aimant permanent, et l'autre dérivée d'un cir- cuit comprenant un condensateur 55 en série avec une résistance 56, aux bornes du secondaire du transformateur de tension 15. De préférence, la tension dérivée à travers le condensateur 55 aura une amplitude et un déphasage tels qu'elle soit égale et opposée à la tension de sortie de l'alternateur à aimant permanent cor- respondant au déphasage entre le système inducteur de la machine principale 10 et sa tension de sortie pour lequel le couple mo-
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teur du relais 21 doit être nul.
La forme d'exécution de la Fig. 3 des dessins annexés est semblable à celle de la Fig. 2, sauf que les enroulements associés aux pôles 23 et 24 du relais 21 sont modifiés. Dans cette forme d'exécution, deux groupes d'enroulements sont associés aux pôles 23 et 24, un groupe 26 étant alimenté par-les bobinages 14 de l'alternateur à aimant permanent, tandis que les autres enrou- lements 60 sont reliés en série avec un condensateur 61 et une résistance 62, aux bornes du secondaire du transformateur de ten- sion 15.
De préférence, la valeur du condensateur 61 est variable de manière à pouvoir régler, dans les enroulements 60, l'ampllitu- de et le déphasage du courant par rapport au courant dans l'enrou- lement 20 de telle façon aue le couple moteur moyen produit par les enroulements 60 soit nul mais de sens instantané opposé à celui de la composante de couple moteur tendant à produire des pulsations dans le flux magnétique et, par conséquent, de la vibration dans l'induit 25.
Quoique la présente invention ait été décrite dans son application à la commande d'alternateurs synchrones, il faut re- marquer que des dispositifs semblables peuvent être appliqués à la commande de moteurs synchrones.
REVENDICATIONS
1.- Appareil de commande de machine électrique synchro- ne, comprenant un générateur de courant alternatif synchrone en- traîné par l'arbre de la machine électrique synchrone et produi- sant du courant alternatif de la même fréquence que le courant alternatif envoyé à ou débité par la machine électrique synchrone, et un moyen répondant au déphasage entre la tension débitée par le générateur et la tension du courant envoyé à ou débité par la machine électrique synchrone, pour déterminer ou indiquer le déphasage ou exercer une commande en fonction de ce déphasage.