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PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES REGULATEURS DE TENSION POUR MACHINES ELECTRIQUES
SYNCHRONES.
La présente invention concerne les systèmes régulateurs pour machines dynamo-électriques et, plus particulièrement, les systèmes régulateurs de tension qui augmentent la stabilité des machines synchrones en charge, ainsi que celle des systèmes électriques auxquels ces machines sont connectées.
L'invention est particulièrement utile pour régler les générateurs synchrones de courant alternatif, qui sont reliés à de longues lignes de transmission d'énergie, mais elle peut aussi s'adapter à d'autres machines électriques., comme les moteurs et les condensateurs synchrones.
Les systèmes de transmission d'énergie électrique possèdent deux limites de stabilité en charge,, généralement connues, et que l'on peut désigner sous les noms respectifs de limites à "l'état stable" et à "l'état transitoire".
La limite de stabilité en charge à l'état stable est représentée par la charge maxima qu'une installation peut supporter à l'état stable, lors de variations graduelles de la charge, sans provoquer d'instabilité ou de perte de synchronisme entre les machines synchrones, en des lieux séparés de l'installation.
La limite de stabilité à l'état transitoire est représentée par la charge maxima que l'installation peut supporter sans provocation d'instabilité ou de perte de synchronisme entre les machines, lorsqu'il se produit de grandes perturbations dans le système de distribution, comme, par exemple, lors de court-circuits., de charges brusquement appliquées ou pour des causes analogues,,
Lorsqu'un générateur synchrone fournit de l'énergie à une charge par l'intermédiai re d'une ligne de transmission, son rotor est continuellement soumis à de petites perturbations, du fait que la charge varie conti- nuellement'. Lorsque cette charge est relativement faible par rapport à la capacité de production du générateur, ces perturbations ne causent aucune
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difficulté.
Lorsque la charge, c'est-à-dire l'énergie fournie à la ligne de transmission, croit au-delà d'une certaine limite, ces petites perturbations produisent des oscillations dont l'amplitude augmente, et le générateur décroche. On a alors atteint la limite de stabilité à l'état stable. Si un générateur est relié a un système de distribution d'énergie, au moyen de lignes dont la longueur peut atteindre un miliier de kilomètres, par exemple, cette limite, @ans régulateur de tension, peut correspondre à environ 66% de la charge maxima que peut supporter le générateur synchrone.
La limite de stabilité correspondante, à l'état transitoire et sans régulateur de tension, peut correspondre à environ 46% de la charge maxima que peut supporter le générateur.
On sait que l'on peut repousser ces limites en utilisant un régulateur de tension habituel, connecté au générateur. Par exemple, si on utilise un régulateur de tension agissant de manière continue, la limite à l'état stable peut être relevée jusqu'à 88% et la limite à l'état transitoire jusqu'à 73% environ, de la charge maxima du générateur. Ces limites peuvent être relevées en diminuant la réactance transitoire du générateur et on peut encore les relever en diminuant les pertes de temps dans le régulateur de tension.
La présente invention permet d'atteindre des limites encore plus élevées que celles qui peuvent être obtenues par les moyens connus actuellement. La limite de stabilité à l'état stable peut atteindre 96% et la limite à l'état transitoire 91 % environ, dans les mêmes conditions de pourcentage que celles considérées ci-dessus.
De nombreux dispositifs ont été proposés pour élever les limites de stabilité des lignes et des générateurs qui leur sont connectés, comme par exemple des régulateurs du courant de l'induit, des stabilisateurs comportant des réactances shunt absorbant un courant, de valeur contrôlable, provenant de la ligne à l'extrémité productrice, des systèmes pour modifier le champ inducteur des générateurs, et des moyens de compenser l'inductance de la capacité des lignes de transmission au moyen de capacités et de réactances disposées à certaines distances, le long de la ligne. Ces derniers moyens, en vue de compenser les réactances de la ligne ou le seul usage de condensateurs, donnent des résultats satisfaisants, mais cette méthode est coûteuse pour les très longues lignes à haute tension.
Une certaine amélioration peut etre obtenue en utilisant des condensateurs synchrones tournants, au lieu de condensateurs statiques, à certains intervalles le long de la ligne.
Il est évident qu'il serait beaucoup plus facile et économique d'élever les limites ci-dessus de stabilité en faisant varier l'excitation du ou des générateurs alimentant la ligne, car l'énergie à mettre en jeu est faible et on en. dispose dans des endroits commodes. Comme on l'a dit plus haut, une amélioration a été déjà faite en ce sens, en particulier par l'emploi de divers types de régulateurs de tension à action continue,utilisant des tubes électroniques excitateurs, des réactances à noyau saturable, des amplificateurs tournants et autres appareils qui élèvent les limites ci-dessus de stabilité au-dessus de celles qui existeraient en l'absence de tels régulateurs.
D'autres systèmes proposés et utilisés comportent une excitation série dans le circuit inducteur des générateurs et un régulateur d'angle, qui fait varier la tension d'excitation de la machine en fonction des variations de l'angle compris entre l'axe interpolaire du rotor et le vecteur de la tension effective du système, de manière à rétablir un angle initial prédéterminé.
La présente invention permet d'élever les deux limites ci-dessus à des valeurs presque égales à la capacité maxima du générateur et supérieures à toutes celles qui ont pu être obtenues avec l'un quelconque des régulateurs ci-dessus.
Conformément à l'invention, l'excitation de la machine est contrô. lée à la fois, en fonction des variations de la tension aux bornes de l'induit et en fonction des mouvements transitoires de rotation du rotor, produits par des variations dans la charge du générateur électrique d'énergie, L'exci-
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tation de la machine peut être contrôlée en fonction de plusieurs caractéris- tiques différentes, mécaniques et électriques, de cette machine, qui sont sensibles aux rotations transitoires du rotor, en vue de régler la tension de la machine et d'en maintenir la stabilité en charge.
Suivant une caractéristique de l'invention, on utilise, dans un régulateur de tension, des moyens d'avance de phase, pour faire changer l'excitation de la machine avec une rapidité plus grande que les variations de la tension de l'induit qui provoquent les variations d'excitation.
Selon une variante préférée de réalisation de l'invention, le régulateur de tension d'un générateur synchrone comporte des moyens pour comparer une tension continue, fonction de la tension de l'induit du générateur, et une tension continue de référence, de manière à produire une ten- sion de réglage fonction de la différence entre les deux tensions ci-dessus.
Cette tension de réglage traverse un réseau avanceur de phase et est ensuite utilisée pour contrôler l'excitation d'une excitatrice qui contrôle, à son tour, l'excitation du générateur. Toutefois avant d'être appliquée au ré- seau avanceur de phase, la tension de réglage est modifiée par une autre tension continue, fonction des rotations transitoires du rotor du générateur; selon des variantes préférées de l'invention, cette dernière tension est prélevée dans le circuit d'excitation du générateur.
L'intention sera d'ailleurs bien comprises en se référant à la description qui suit et au dessin qui l'accompagne à titre d'exemple non limitatif et dans lequel g . - la figure 1 représente un système régulateur conforme à une variante de l'invention.
- la figure 2, qui est reproduite sur deux planches, représente en détail quelques parties de la figure 1 et montre aussi quelques variantes dans certains éléments, - les figures 3 à 6 sont des schémas partiels correspondant à des parties d'autres variantes de l'invention, et, plus particulièrement, des moyens pour obtenir une tension de stabilisation en fonction des rotations transitoires du rotor.
- la figure 7 est le schéma vectoriel correspondant à celui de la figure 6.
En se reportant figure 1, dont les rectangles symboliques sont explicites figure 2, on voit que l'invention est appliquée au réglage de la tension dinduit et de la stabilité en charge d'une machine dynamo-électrique 10, représentée sous forme d'un générateur synchrone triphasé, que trois conducteurs d'induit 11, 12, 13 relient à un système de distribution d'énergie (non représenté),
On a utilisé le symbole conventionnel, figure 1, pour représenter le générateur, les enroulements d'induit étant sur le rotor; il est évident que, dans la pratique, ces enroulements se trouvent sur le stator, en particulier dans les générateurs de grandes dimensions.
Ces enroulements, dans lequels des forces électromotrices sont engendrées, ainsi que leur noyeu magnétique, sont fixés au stator, alors que les enroulements d'excitation et leur noyau constituent le rotor, Toutefois, lorsqu'il sera question ci-dessous de tension d'induit, il doit être entendu qu'il s'agit d'une tension dérivée de la tension produite par la machine, que l'induit soit fixe ou tournant,
L'excitation du générateur 10 est schématisée par un enroulement inducteur 14 (en général logé dans le rotor), alimenté par une excitatrice 15.
Celle-ci est directement accouplée mécaniquement au générateur 10 mais il est entendu que l'on pourrait utiliser tous les autres dispositifs appropriés connus tels qu'une excitatrice à commande séparée ou une excitation du type électronique ou à amplificateur magnétique du type statique.
L'excitatrice 15 possède un enroulement d'excitation 16 alimenté
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par une seconde excitatrice 17 qui peut être réalisée également de diverses -Lagons. On l'a représentée sous forme d'une dynamo, du type amplidyne à excitation par réaction d'induit, directement accouplée mécaniquement à l'excitatrice 15. pour créer une tension continue fonction de la tension d'induit du générateur, on peut utiliser un redresseur triphasé 18 redressant les deux alternances. Ce redresseur est connecté aux fils 11, 12, 13 et produit une tension unidirectionnelle de sortie proportionnelle à la moyenne des tensions des trois phases du générateur 10. A la sortie du redresseur, on peut prévoir un filtre 19 de manière à éliminer les ondulations des ondes de tension et de courant.
Ensuite la tension de sortie du redresseur 18 est comparée avec une tension plus élevée de référence, schématisée en 20 et qui est, de préférence, une tension constante unidirectionnelle. La différence entre la tension dérivée aux bornes de l'induit puis redressée et la tension de référence est utilisée, après une modification qui est expliquée ci-après, comme tension électrique qui sera appliquée au restant du système régulateur. pour obtenir une tension de réglage fonction des mouvements angulaires transitoires du rotor du générateur, on utilise, suivant l'invention, un réseau associé au circuit d'excitation du générateur : ce réseau comporte un potentiomètre réglable 21, un condensateur 22, une résistance fixe 23 et un transformateur 24 avec un primaire 25 et un secondaire 26.
Comme représenté la résistance du potentiomètre 21 est connectée aux bornes de l'induit de l'excitatrice 15, de telle sorte que la tension d'excitation du gérérateur 10 soit appliquée à cette résistance. Le primaire 25 du transformateur 24 est en série avec l'inducteur 14 du générateur 10. La résistance 23 et le condensateur 22 sont reliés en série au curseur 21a du potentiomètre 21, de sorte qu'ils en shuntent une partie ; point commun 22a du condensateur 'et de la résistance 23 est relié à une borne 26a du secondaire 26.
La tension qui apparaît ainsi entre la borne 26b de ce secondaire et le point 23a, commun à la résistance 23 et au circuit principal d'excitation, est fonction de la combinaison de la variation dans le temps du courant d'excitation et de la variation dans le temps de la tension d'excitation du générateur.
Les deux composantes de tension, dont la combinaison constitue la tension de réglage fonction des mouvements angulaires transitoires du rotor, sont dérivées, respectivement, du transformateur de courant 24 et du potentiomètre 21. Comme le primaire 25 est une série dans le circuit à courant continu la ension de sortie du secondaire 26 est nulle, à l'état stable.
Mais une variation de courant dans le primaire 25 produit une tension secondaire qui est approximativement proportionnelle à la variation du courant dans le primaire.
La composante de la tension de réglage ci-dessus, qui est fonction de la variation de la tension d'excitation, est dérivée du potentiomètre 21. En condition stable, aucun courant ne circule dans le circuit comprenant le condensateur 22 et la résistance 23. Mais, lorsqu'il se produit une variation d'excitation, la tension de signal produite par ce circuit, est approximativement proportionnelle à la variation de la tension d'excitation, ce que l'on obtient en s'arrangeant pour que la constante de temps de l'ensemble du condensateur 22 et de la résistance 23 soit inférieure à la période de variation de l'excitation correspondant à la fréquence d'oscillation naturelle du rotor du générateur. Cette oscillation naturelle ou fréquence de pompage sera examinée plus loin.
La tension combinée recueillie entre 23a et 26b et provenant du circuit d'excitation du générateur, peut traverser un filtre 27, si on le désire, pour en diminuer les ondulations et en supprimer les composantes indésirables; elle est ensuite amplifiée en 28 par un amplificateur du type Électronique ou magnétique. Ensuite, la tension en question est combinée en 29 avec la tension précédemment dérivée en fonction de la tension aux bornes du générateur, de manière à modifier cette dernière tension.
La tension de réglage ainsi modifiée peut être encore amplifiée en 30 et traverser un étage 31 d'adaptation d'impédance, qui peut comporter
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par exemple, un dispositif à cathode, en vue d'adapter les impédances des par- ties précédentes et suivantes du système.
Après cet étage 31, la tension de réglage est encore modifiée par un étage avanceur de phase 32. Celui-ci comprend un condensateur 36 et une résistance 37 en parallèle, dont l'ensemble est mis en série avec la tension de réglage., une résistance 38 étant connectée en shunt sur cette tension.
Le réseau fonctionne de manière satisfaisante mais on connait aussi d'autres réseaux qui procurent à un signal électrique une caractéristique de phase en avance, pour les fréquences d'oscillation critiques du système, et qui peuvent remplacer le réseau 32 si on le désire. Une telle variante de ré- seau est représentée figure 2.
Après le réseau avanceur de phase 32, la tension de réglage est amplifiée, si nécessaire, dans un amplificateur 33 et elle est enfin appliquée à l'excitatrice pilote 17 en alimentant son inducteur 39.
Dans le fonctionnement du système régulateur de la figure 1, une première tension électrique de réglage, fonction de la tension d'induit du générateur, est obtenue par comparaison d'une tension de référence et d'une tension dérivée de trois conducteurs de sortie du générateur, après re- dressement en 18 et filtrage en 19. Une seconde tension électrique de régla- ge, à deux composantes, est dérivée du circuit d'excitation du générateur , au moyen du système correspondant aux références 21 à 24, inclusivement.
Ces deux composantes, qui'sont approximativement proportionnelles, respecti- vement aux variations du courant d'excitation "du - générateur et de la tension d'excitation de ce générateur, sont combinées de façon telle que la tension, fonction de ce courant d'excitation, soit de même sens que la variation qui la produit, et que la tension, fonction de cette tension d'ex- citation, soit de sens inverse par rapport à la variation qui la produit.
La combinaison de ces deux composantes, après filtrage en 27 et amplifica- tion en 28, sert à modifier la première tension de réglage. Cette première tensions ainsi modifiée après amplification en 30, traverse un réseau avan- ceur de phase 32 qui modifie à nouveau la tension de réglage.
Après amplification en 33, la tension de réglage deux fois mo- difiée, contrôle l'excitatrice pilote 17 qui, à son tour, contrôle l'exci- tatrice 15 en agissant sur le courant de son inducteur 16. L'excitatrice
15 contrôle le courant dans l'inducteur 14 du générateur 10, ce qui règle, la tension d'induit du générateur de manière à la maintenir constante, à une valeur prédéterminée, et, en même temps, à déterminer des limites de stabili- té à l'état stable et à l'état transitoire qui se rapprochent très près de la puissance maxima du générateur.
Pour faciliter la compréhension de ce qui a été dit dans l'avantdernier alinéa ci-dessus, au sujet de la combinaison des deux composantes de la deuxième tension de réglage, on doit se rappeler qu'une variation initiale dans la tension de réglage, après que celle-ci a quitté le point 29 pour traverser le réseau avanceur de phase 32 et agir sur les excitatrices 17 et 15, produit une variation de sens prédéterminé du courant d'excitation dans l'inducteur 14.
La composante, fonction du courant d'excitation, produite par le transformateur 26, après passage dans le filtre 27, et l'amplificateur 28, tend à modifier la tension de réglage au point 29, d'une manière telle que cette composante fasse varier le signal de réglage dans le même sens que la variation initiale-. Ceci tend à augmenter le courant dans l'inducteur 14 de sorte que l'effet est cumulatif.
La composante, fonction de la tension d'excitation, é tant utilisée en sens inverse, provoque un effet opposé, c'est-à-dire qu'elle tend à modifier la tension de réglage au point 29 de manière à s'opposer à la variation de la tension de réglage qui vait produit la variation initiale dans l'excitation du générateur 10.
Les éléments du réseau avanceur 32, c'est-à-dire le condensateur 36, la résistance 37 et la résistance 38, sont choisis de façon que ce réseau
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procure une avance de phase suffisante dans le temps à la tension de réglage, pour surcompenser toutes les pertes de temps dans les excitatrices et les autres éléments du système régulateur. Comme les techniciens le savent, une telle avance ne peut être obtenue que pour une fréquenca ou une gamme de fréquences et, dans ce dernier cas, on choisit une gamme qui comprend la fréquence naturelle de pompage du rotor du générateur, pour des raisons qui seront examinées ci-après avec plus de détails.
Comme on le sait, les éléments de circuits tels que les excitatrices et les filtres, en particulier, à cause de leur réactance inductive, obligent le courant à être en retard sur la tension qui le produit. Dans le système de l'invention, les éléments du réseau avanceur 32 sont choisis, de préférence, de manière qu'il avance suffisamment la phase de la tension de réglage pour surcompenser tous les retards du système régulateur et produire ainsi un effet anticipé pour les oscillations du système à la fréquen- ce de pompage.
Autrement dit, le réseau avanceur de phase 32 est construit de façon que les variations du courant dans l'inducteur 14 du générateur 10 précèdent légèrement dans le temps les variations, à la fréquence de pompage, de la tension prélevée sur les conducteurs 11, 12 & 13 et qui produiraient lesdites variations de courant dans cet inducteur.
On sait qu'une perturbation sur un système de distribution d'énergie, alimenté par un générateur tel que 10, a des effets sur diverses caractéristiques de la machine, notamment sur la tension aux bornes de l'induit et sur le déphasage angulaire entre la tension aux bornes et la -tension interne de la machine. par exemple, si une forte charge est soudainement imposée au système de distribution, la tension aux bornes de l'induit du générateur diminue brusquement. Simultanément, la position angulaire du rotor du générateur avance par rapport à la position angulaire électrique du système, ce qui augmente le déphasage angulaire ci-dessus.
Lorsqu'un générateur fournit de l'énergie à une autre machine ou à une charge, le rotor du générateur et la tension produite dans l'armature sont en avance sur la charge d'un certain angle, appelé angle de déphasage interne qui devient plus grand pour de fortes charges et plus petit pour de faibles charges. Un tel angle varie approximativement entre 0 et 90 degrés électriques. Lorsque cet angle dépasse une valeur maxima, par exemple 60 , le générateur perd le synchronisme avec le restant du système, comme on.l'a décrit plus haut à propos des limites de l'état stable et de l'état transitoire. L'angle de déphasage interne sera étudié plus loin en détail, à propos des figures 6 & 7.
Lorsque le système régulateur commence à agir sous l'action supposée d'uns charge brusquement appliquée, la tension de l'induit est augmentée et le déphasage entre le rotor et le système est diminué. Avant que ces deux caractéristiques aient atteint un nouvel équilibre, la tension peut s'élever au-dessus de la valeur convenable et osciller peut être brièvement autour de cette valeur avant de se fixer, De même, le rotor du générateur atteint un nouvel équilibre correspondant à une nouvelle position angulaire, avec un angle de déphasage interne plus grand que précédemment, mais, avant que cet équilibre ne soit atteint, le rotor peut aussi osciller autour de cette nouvelle position,
en même temps que la tension de l'induit. De telles oscillations de la tension et du rotor se produisent approximativement à la fréquence naturelle d'oscillation du rotor, qui peut atteindre par exemple 1 cycle/seconde pour un grand rotor ordinaire.
Lorsque des oscillations se produisent comme on vient de le décrire dans le dernier alinéa, le réseau 32 fonctionne comme on l'a dit, afin de compenser tous les retards dans le circuit d'excitation. Dans un cas particulier, où l'on utilisait une excitatrice tournante principale et une excitatrice pilote du type électronique, les retards dans le système d'excitation présentaient un total d'environ 45 électriques. Dans ce cas, on a choisi un réseau avanceur 32 qui introduisait une avance angulaire d'environ 65 électriques, c'est-à-dire de 20 supérieure à ce qu'il fallait pour compenser les 45 .
Il n'est pas essentiel, dans tous les cas, de surcompensdr ainsi les retards et de disposer d'un effet anticipé, mais il est important d'au
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moins compenser tous les retarda du système. Les techniciens savent, que, dans le cas où l'on n'utilise que des excitatrices de type électronique, il y a beaucoup moins de retard qu'avec les excitatrices tournantes, qu'il suffit d'une avance de phase beaucoup plus petite.
Dans les explications ci-dessus, en particulier sur le réseau avanceur 32, on a supposé que le rotor du générateur était soumis à une ou plusieurs oscillations, après une perturbation, avant que ce rotor ne repren- ne un nouvel équilibre, Il est cependant désirable que le système régula- teur agisse suffisamment rapidement pour que le rotor prenne sa nouvelle position d'équilibre sans osciller après une perturbation, de préférence sans même dépasser cette position, pour y revenir ensuite. Le système de l'inven- tion permet de réaliser ce fonctionnement pour de nombreuses et fortes per- turbations.
A propos du fonctionnement du système régulateur, pour limiter l'effet des perturbations à un simple déplacement du rotor à partir de sa position normale,' et à une variation momentanée de la tension de l'induit, sans oscillations, on va expliquer le mode de fonctionnement du réseau avan- ceur de phase 32.
La tension de sortie du réseau 32 apparaissant aux bornes de la résistance 38 peut ètro considérée comme ayant deux composantes. L'une d'elles est directement proportionnelle à la tension à l'entrée et elle apparaît aux bornes de 38, à la suite du passage du courant dans les résistances 37 & 38 en série. L'autre composante est proportionnelle à la variation de la tension d'entrée et cette composante apparaît aux bornes de 38, à la suite du passage du courant dans le condensateur 36 et la résistance 38 en série.
Comme connu, le courant dans un condensateur est en avance sur la tension d'un angle de 90 électriques. Par conséquent, en dimensionnant convenablement les éléments du réseau 32, la tension de sortie apparaissant aux bornes de 38 peut être amenée à précéder en phase la tension d'entrée, avec des angles pouvant atteindre 90 , la véritable avance dépendant de la grandeur de la composante due au condensateur 36.
Par le fonctionnement du réseau 32, le courant d'excitation du générateur varie plus rapidement que la variation de la tension d'induit, qui provoque cette variation de courant. Comme on l'a dit, dans de nombreux cas de fortes perturbations, cette caractéristique, combinée au restant du système régulateur, permet à certaines caractéristiques dugénérateur d'atteindre de nouvelles positions d'équilibre, sans oscillations.
Pour faciliter la compréhension du système de l'invention, on va montrer son fonctionnement à la suite d'une perturbation prise comme exemple.
On va supposer que le générateur 10 supporte une charge relativement élevée et que,.brusquement, il en soit déconnecté.
Il se produit une augmentation immédiate et brusque de tension de l'induit, qui se fait sentir en 29 après passage dans le redresseur 18 et le filtre 19. Une augmentation de tension dans ce circuit entraine une diminution de la tension de réglage qui part de 29, puisque cette dernière tension est égale à la différence entre une tension de référence et la tension dérivée de l'induit. Par conséquent, une tension décroissante est appliquée au réseau 32 à travers les étages d'amplification 30 et d'adaptation d'impé- dances 31.
La tension à la sortie de 32 diminue également, mais plus rapidement que la tension à l'entrée, comme on l'a expliqué, Cette tension de sortie est appliquée après l'amplificateur 33 et les excitatrices 17 & 15, au circuit d'excitation du générateur 10, ce qui provoque une diminution très rapide du courant d'excitation dans l'inducteur 14 du générateur.
Cette diminution du courant d'excitation entraîne la production d'une tension de réglage par les éléments 21, 22, 23 & 26. Cette tension de réglage est combinée à la tension provenant de l'induit, en 29, après avoir traversé le filtré 27 et l'amplificateur 28. Cette même tension de réglage et ses deux composantes agissant en sens inverse, comme expliqué plus haut,
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modifient la tension finale de reglage de manière à éviter les oscillations du rotor, de telle sorte qu'en de nombreux cas, le rotor prend une nouvelle position d'équilibre et la tension d'induit revient à une valeur convenable, sans oscillations,ou tout au moins ce résultat est acquis avec un minimum d'oscillations très rapidement amorties.
Une variante de l'invention est représentée par le schéma plus détaillé de la figure 2. Les mêmes éléments portent les mêmes références que dans la figure l, Le système représenta est le meme que celui de la figure 1, à l'exception toutefois du réseau associé au circuit d'excitation du générateur et du réseau avanceur de phase. En-outre, on a represe@te des circuits types au:= lieu et place des rectangles de la figure 1.
En se reportant figure 2 (planche 2 du dessin), on voit que la tension de réglage, fonction d'une rotation transitoire du rotor, est dérivée du circuit d'excitation du 'générateur, au moyen d'un réseau qui comporte un potentiomètre 21, un condensateur 41 et un second potentiomètre 40, en shunt sur une partie du premier potentiomètre, une résistance 42 étant connectée entre lespoints de jonction desdeux potentiomètresavec le circuit d'excitation; on trcnve également le transformateur 24 dont le primaire 25 est dans le @ircuit principal d'excitation. Comme dans la figure 1, une tension fonction de la variation du courant d'excitation est produite par le trans- formateur 24.
Dans ce cas, cependant, le potentiomètre 21 et la résistance 42 sont utilisées pour produire une tension qui est fonction de la différence entre la tension et le courant dans le circuit d'excitation,cette différence étant proportionnelle aux variations du flux dans le circuit magnétique du générateur.
Dans cette variante, la constante de temps du condensateur 41 et de la résistance 40 doit être grande par rapport à la période correspondant à la fréquence d'oscillation naturelle du rotor, (ou fréquence de pompage)..
Par exemple, si cette fréquence de pompage est de un cycle/seconde, la constante de temps ci-dessus doit être comprise dans la gamme de 1 à 10 secondes.
On a trouvé que sa valeur exacte n'est pas critique dans cette gamme. Dans ces conditions, une sous-composante de tension est produite et elle est ap- proximativement proportionnelle à la tension d'excitation du générateur. La chute de tension dans la résistance 42 fournit une autre sous-composante de tension qui est approximativement proportionnelle au courant d'excitation du générateur. La combinaison de ces deux sous-composantes fournit au système de stabilisation, une composante de tension qui est approximativement proportionnelle aux variations du flux inducteur du générateur. pendant le fonctionnement,le système doit être équilibré de manière qu'aucune tension n'apparaisse entre le curseur 21a et le point commun 43 à l'état stable.
Lorsque le système est ainsi réglé, on dispose d'un circuit en pont qui estéquilibré pour les tensions unidirectionnelles,la partie inférieure du potentiomètre 21 et la résistance 42 formant une partie du pont, tandis que la partie supérieure de 21 et l'inducteur 14 en formant l'autre partie. Le condensateur 41 arrête toutes les tensions correspondant à l'état stable,, telles que celles produites par de légers déséquilibres dus aux variations de résistance de l'inducteur ou à des retours de courants provenant du système régulateur et il ne laisse passer que les tensions tran- sitoires.
La composante de tensiun, fonction des variations de flux, dérivée des éléments 21, 42, 41 & 40 est combinée avec la composante de tension, fonction du courant, provenant du transformateur 24, la tension ainsi combinée apparaissant entre les points 43 & 26b. Comme dans la figure 1, le système est connecté au reste du système régulateur de manière que la composante de tension, fonction des variations de courant, agisse dans le même sens que la -variation qui la produit, et que la composante de tension, fonction des variations du flux, agisse en sens inverse de la variation qui la produit.
Gomme dans la figure 1, la tension combinée de réglage, provenant du circuit d'excitation du générateur, traversé un filtre 27 (fig. 2). Ce
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dernier comporte deux éléments connectés chacun un L, Une résistance en série 44 et un condensateur 45 en dérivation constituent le premier élément; la résistance en série 46 et le condensateur 47 en dérivation constituent le deuxième élément.
Après filtrage, la tension de réglage est amplifiée en 28. L'am- plificateur 28 est à deux étages, du type à tubes électroniques, et comprend les triodes 48 & 49. Comme il est d'usage dans de tels appareils, il est né- cessaire de maintenir certaines parties de l'amplificateur et leurs circuits associés ainsi-que d'autres éléments de la figure 2, à des potentiels rela- tifs différents. On a représenté sur cette figure un conducteur sous une tension continue de +210 volts, pour les tensions anodiques, un conducteur sous une tension continue de -105 volts pour les circuits des électrodes de contrôle et un conducteur sans tension (zéro) pour le potentiel des cathodes.
Pour certains tubes de la figure 2, il est avantageux de maintenir leurs cathodes au potentiel 0, en reliant ces cathodes au conducteur 0, tandis que, dans d'autres cas, il est avantageux, pour obtenir le fonctionnement optimum, de maintenir les cathodes à un potentiel légèrement supérieur à zéro; dans ce but, une alimentation sous +105 volts est prévue ainsi que des potentiomè- tres pour appliquer aux cathodes considérées un potentiel réglable entre 0 et +105 volts. Ces tensions sont fournies par des sources quelconques (non représentées). Les circuits de chauffage des cathodes des tubes 48 & 49 n'ont pas été représentés, pour plus de clarté dans le dessin ; en est de même pour les autres tubes et pour le même motif.
La borne 26b du transformateur de courant 26 est reliée par le filtre 27 et un potentiomètre 201 à la grille de commande 48b du tube 48 et le point commun 43 est relié à la cathode 48c de ce tube par le conduc- teur au potentiel zéro. Comme convenu, la tension de réglage appliquée entre 48b et 48c produit une variation de tension amplifiée et en sens inver- se, entre l'anode 48a et la cathode. C'est ainsi qu'une diminution du poten- tiel sur la grille 48b provoque une augmentation du potentiel sur l'anode 48a.
La variation de tension de cette anode est transmise, par l'inter- médiaire d'une résistance 50, à la grille de commande 49b du tube 49, consti- tuant le deuxième étage amplificateur et fonctionnant exactement comme le tu- be 48.
La tension de sortie de l'amplificateur 28, qui apparaît entre un conducteur 53 et le conducteur zéro, provient d'une variation amplifiée de même sens que la tension d'arrivée à l'amplificateur, puisque la phase de la tension y a été inversée deux fois. Le conducteur 53 est connecté au point commun 29 par une résistance 68. Bien que ce circuit fonctionne bien, il est cependant avantageux d'insérer un condensateur 52 entre l'anode et la grille du tube 49. Ce condensateur favorise le filtrage des composantes indésirables dans la tension de réglage, en cours d'amplification.
On va revenir maintenant au redresseur 18 et au filtre 19 qui fournissent une tension fonction de la tension aux bornes du générateur.
Le redresseur 18 comporte six redresseurs pour les deux alternances, trois transformateurs à primaire 56 et secondaire 57 à prise milieu.
'Les six diodes 58 sont connectées aux secondaires, deux tubes étant connectés aux extrémités opposées de chaque secondaire. Ce système fournit une tension unidirectionnelle de sortie, apparaissant entre les conducteurs 59 & 60 et qui est proportionnelle à la moyenne des trois tensions des phases du générateur 10.
Cette tension est appliquée au filtre 19 qui comporte, selon l'exemple représenté, une première résistance en shunt 61, une première résistance en série 62, un,premier condensateur en shunt 63, une seconde résistance en série 64, un second condensateur enshunt 65 et une résistance finale en shunt 66. La tension filtrée, qui apparaît entre le fil 67 et le fil 69, relié au conducteur zéro, traverse une résistance 203 et se combine au point 29 avec la tension, amplifiée de réglage arrivant du fil 53 et traversant la résistance 68. De même que dans la figure 1, une tension de référence est amenée au
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point 29.
Cette dernière tension peut être commodément prélevée sur un potentiomètre 202 connecté entre deux points appropriés du système, par exemple entre les conducteurs +210 & 0. Une réactance fixe 70 peut être connectée entre le curseur du potentiomètre 202 et le point commun 29.
La tension arrivant en 29 est amplifiée au moyen d'un amplificateur électronique à un étage 30. Il comporte un tube 71 avec une anode 71a, une grille de contrôle 71b et une cathode 71c. Une variation de la tension sur la grille 71b produit une variation amplifiée et de sens opposé de la tension de l'anode 71a.
Cette dernière est connectée par une résistance 72 à la grille de contrôle 73b d'une triode 73, appartenant à l'étage 31 destiné à réduire l'impédance de l'étage amplificateur 30, de manière à pouvoir alimenter convenablement un réseau de déphasage angulaire, qui lui succède. Une variation du potentiel de la grille 73b produit une variation de même sens dans la tension existant entre la cathode 73c et un conducteur de référence, dans le cas présent le conducteur 105.
La tension de sortie de 31 est appliquée à une combinaison d'un réseau avanceur de phase et d'un réseau retardateur dé phase 32' qui, dans le présent exemple, comprend un condensateur 74 et une résistance 75 en pa- =allèle, dont l'ensemble est en série sur la tension d'entrée, ainsi qu'avec une résistance 76 et un condensateur 77 connectés en shunt sur la tension d'entrée. Si, dans ce réseau, les divers éléments sont convenablement choisis, il agit comme avanceur de phase pour les fréquences d'oscillations critiques du système et il agit comme retardateur aux très basses fréquences dans la gamme de fréquences du réseau, en-dessous de la fréquence d'oscillation du système.
Bien que le réseau 32 de la figure 1 agisse en avanceur de phase pour toutes les fréquences, il est néanmoins, en général, préférable d'utiliser le réseau 32' de la figure 2, car ce dernier réseau provoque moins de perte d'amplification que celui de la figure 1 et améliore d'autres caractéristiques du système régulateur, sans compromettre la stabilité de l'ensemble du système régulateur.
Comme représenté figure 2, la sortie de 32' est reliée à un am- plificateur 33 à un étage. Il comprend une triode 78 avec une anode 78a, une grille de contrôle 78b, à laquelle est appliquée la tension venant de 32', et une cathode 78c. Une variation de la tension de 78b entraîne une variation amplifiée et de sens opposé de la tension de 78a. La tension de sortie de l'amplificateur 33 apparaît sur un conducteur 79 et est utilisée pour agir sur l'excitatrice 17 de l'excitatrice principale 15.
On remarquera qu'il y a une première inversion de phase dans l'amplificateur 30 et une deuxième inversion dans l'amplificateur 33, de sorte que la tension à la sortie de ce dernier varie dans le même sens que la tension arrivant à l'amplificateur 30.
Dans la figure 2, l'excitatrice pilote 17 est du type à tubes électroniques. Elle comprend deux tubes électroniques à gaz 80 & 81, de préférence des thyratrons, qui constituentlasource principale de courant pour l'inducteur 16 de l'excitatrice 15. Ces tubes 80 & 81 sont commandés par deux tubes additionnels 82 & 83, qui peuvent aussi être du type thyratron, ces derniers tubes étant, de préférence, plus petits que les tubes 80 &81.
Chacun des tubes 80 à 83 a une anode de même référence, suivie de la lettre a, une grille de commande avec la lettre b et une cathode avec la lettre.±. La tension anodique des tubes 80-81 est fournie par un transformateur 84 avec un primaire 85 et un secondaire 86, ce dernier ayant une prise milieu 86a, les anodes 80a, $la étant connectées respectivement aux extrémités opposées de ce secondaire. Les tubes 82 & 83 ont leur tension anodique fournie par un transformateur 87, avec un primaire 88 et un secondaire 89 à prise milieu 89a, auquel les anodes 82a & 83 a sont connectées, au moyen de circuits qui seront détaillés ci-après.
Les deux transformateurs 84 & 87 son-G alimentés normalement, par exemple sous 220 V. à 50 périodes/ Sec.
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Le circuit des grilles de commande des tubes 82 & 83 comporte un transformateur 204., avec un primaire 205 à prise milieu, et un secondaire 206.
Les extrémités dé 205 sont connectées respectivement, par des résistances, aux grilles 82b & 83b. Le secondaire 206 est connecté entre la prise milieu
89a du secondaire 89 et le point commun à un condensateur 207 et à une ré- sistance 208, connectés en série entre les extrémités du secondaire 89.
Comme le savent les techniciens., ce dispositif produit une tension alterna- tive pour alimenter les grilles 82b & 83b et qui est décalée en phase par rapport à la tension appliquée aux anodes 82a & 83a. Cette tension alter- native s'ajoute à la tension unidirectionnelle apparaissant sur le conducteur
79. La combinaison de ces deux tensions contrôle le courant dans les circuits anode-cathode des tubes 82 & 83, par contrôle de phase à la manière bien con- nue, les courants anodiques en question apparaissant en un point du cycle de la tension alternative, directement fonction des variations de la tension apparaissant sur le conducteur 79.
Pour commander les tubes 80 & 81, les deux paires de tubes sont interconnectés par des transformateurs 90 & 93 ayant des primaires 91 & 94 et des secondaires 92 & 95.
Pendant le fonctionnement de l'excitatrice pilote 17, une ten- sion provenant de l'amplificateur 33 et appliquée sur les grilles 82b & 83b par le conducteur 79, modifie le moment, pendant chaque alternance, où les @ deux tubes 82 & 83 commencent à être conducteurs. Bien entendu, ces tubes deviennent conducteurs pendant les alternances successives, afin d'utiliser toute l'onde de tension, Le circuit anodique de chacun de ces tubes est complété par le primaire 91 (ou 94) une moitié du secondaire 89 et un conducteur 96, qui relie la prise milieu 89a aux cathodes des tubes.
Lorsque les tubes 82 & 83 deviennent conducteurs, ils produisent des impulsions de courant dans leurs circuits anodiques, lesquelles impulsions alimentent respectivement les grilles 80b & 81b par les transformateurs 90 & 93, dont les secondaires 92 & 95 sont maintenus à un potentiel négatif approprié, par exemple -45 V., par rapport aux cathodes des tubes 80 & 81, afin que ces tubes fonctionnent convenablement.
Lorsque les grilles 80b & 81b sont suffisamment mois n égatives à cause des impulsions venant des tubes 82 & 83, les tubes 80 & 81 sont conducteurs pendant une partie de chaque alternance, l'un pendant les alternances positives l'autre pendant les alternances négatives, de façon à utiliser les deux alternances.
Le moment de chaque alternance, auquel l'un des tubes devient conducteur,dépend du moment de son amorçage et la partie de l'alternance, pendant laquelle il est conducteur, détermine la grandeur du courant de sortie de l'excitatrice 17. Par conséquent, ce dernier courant est directement fonction de la tension arrivant à l'excitatrice par le fil 79. L'énergie à la sortie de 17 apparait entre un conducteur 97, relié à la prise milieu 86a, et un conducteur 98 relié aux cathodes 80 & 81.
L'excitatrice 17 de la figure 2 a été représentée à phase unique et avec utilisation des deux alternances, pour simplifier le schéma, mais on a trouvé qu'en utilisant un plus grand nombre de phases, 3 ou 6 par exemple, on obtenait un fonctionnement en général supérieur. Ce plus grand nombre de phases permet d'obtenir un courant plus uniforme, pour alimenter l'inducteur 16 de l'excitatrice principale 15, et permet de réduire la capacité de filtrage du filtre 27 dans son circuit. De la même manière, un plus grand nombre de phases peut être utilisé dans le redresseur 18, si on le désire, pour obtenir un courant de sortie plus uniforme et réduire la capacité de filtrage du filtre 19.
L'excitatrice 17 est la principale source alimentant l'inducteur 16 de l'excitatrice tournante 15, mais, pour décaler la gamme linéaire de fonctionnement de l'excitatrice 17 et aussi pour permettre l'inversion de l'excitation de l'excitatrice 15 dans des conditions de fonctionnement excessivement anormales, on prévoit une source auxiliaire d'excitation. Cette
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source appropriée de courant continu peut être une source à 120 V., par exem- ple. Elle est connectée à l'inducteur 16 de manière à l'alimenter en sens opposé à l'excitatrice 17.
Une réactance 99 et une résistance variable 100 sont en série dans le circuit, ces éléments étant suffisamment importants pour qu'une par- tie insignifiante du courant de l'excitatrice 17 soit dérivé de l'inducteur 16. Dans les conditions de fonctionnement normal., le courant de sortie 17 neutralise entièrement cette source auxiliaire négative d'excitation et fournit une excitation nettement positive.
On voit clairement que le fonctionnement du système de la figure 2 est le même que celui du système de la figure 1 : une première tension continue pulsatoire, fonction de la tension de l'induit du générateur et produite par le redresseur 18 et le filtre 19, est combinée en 29 à une ten- sion de référence pour produire une tension de réglage. Celle-ci est modi- fiée par une tension de stabilisation provenant du circuit d'excitation du générateur, après filtrage en 27 et amplification en 28, ce circuit d'excita- tion étant ainsi relié également au point 29. Après amplification et change- ment de phase, la tension doublement modifiée est utilisée pour régler la tension aux bornes du générateur 10, au moyen de l'excitation fournie par l'excitatrice 17 à l'excitatrice 19 et, finalement, au générateur 10.
Des essais ont montré que l'invention, telle que représentée dans ses variartes des figures 1 & 2, augmente à la fois les limites de sta- bilité à l'état stable et à l'état transitoire du générateur, jusqu'à des valeurs presque égales à sa pleine puissance, et permet en outre de maintenir la tension du générateur à une valeur prédéterminée.
On a dit plus haut, à propos du circuit de la figure 2, que la tension de réglage, fonction des variations du courant d'excitation, agit dans le même sens, en arrivant au point 29 et que la tension de réglage, fonction des variations du flux, agit en sens inverse, en arrivant au meme point et cette disposition est préférable. Mais on a trouvé qu'en inversant le sens de l'action de chacune de ces tensions, on obtiendrait encore un fonc- tionnement satisfaisant du système régulateur.
Une autre variante de l'invention est représentée sur le schéma partiel de la figure 3.
Dans cette variante,une tension de réglage, fonction des mouve- ments transitoires du rotor, est prélevée dans le circuit de l'induit du gé- nérateur, au lieu d'être prélevée de son circuit d'excitation, comme dans les figures 1 & 2. A part cette modification, le système entier de la figure 3 est le même que ceux des figures 1 & 2.
Dans la variante de la figure 3, on utilise une tension de régla- ge qui est proportionnelle à la composante du courant d'induit du générateur, qui est en phase avec la tension aux bornes de cet induit. Cette composante de courant varie en phase avec les variations transitoires de la position an- gulaire du rotor, causées par des perturbations du système de distribution d'énergie.
Une telle tension de réglage peut être obtenue selon le dispositif de la figure 3
Dans le circuit représenté, une tension, fonction du courant d'in- duit, est prélevée au moyen d'un transformateur de courant 105, ayant un se- condaire 107 et un primaire 106 inséré dans l'un des conducteurs 11 de dis- tribution. Au secondaire 107 est connecté le primaire 109 d'un transformateur 108, de circuit anodique, Ce transformateur possède deux secondaires 110 & 111, tous deux à prise milieu 112 & 113, respectivement.
Le secondaire 110 fournit la tension anodique de deux triodes 101 & 103, leurs anodes 101a & 103 a étant connectées aux extrémités opposées de 110 et la prise milieu 112 étant connectée aux cathodes 101c & 103c par une résistance commune 114. Le secondaire 111 est utilisé de la même maniè- re vis-à-vis des tubes 102 & 104. Ses extrémités sont reliées aux anodes
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102a & 104a et la prise milieu 113 est reliée aux cathodes 102c & 104c par la résistance commune 115.
Pour obtenir une tension fonction de la tension de l'induit dans le circuit de la figure 3, on prévoit trois résistances 116, 117 & 118, de préférence ayant les mêmes caractéristiques, connectées respectivement aux conducteurs 11, 12 & 13, ainsi qu'un conducteur 119 formant point neutre du système des fils 11, 12 & 13. Le primaire 122 d'un transformateur de gril- le 121 est connecté entre le conducteur 119 et un conducteur 120, relié au fil 11 du circuit triphasé. Le secondaire 123 alimente les grilles de con- trôle des tubes 101 à 104, à travers des résistances appropriées.
Une extré- mité de 123 est reliée aux grilles de commande 101b & 104b. La prise milieu de 123 est connectée aux cathodes des quatre tubes.
Pendant le fonctionnement, si le facteur de puissance est égal à l'unité, la puissance fournie par le circuit de réglage représenté est maximum. Dans ce cas, l'anode d'un tube, 101 par exemple, et la grille de commande de ce tube sont toutes deux alimentées par l'alternance positive du courant pendant des intervalles de temps qui coïncident. Pendant l'alter- nance suivante, la même chose se produit pour le tube 103. Le résultat est équivalent à celui d'un redressement des deux alternances, les courants con- tinus fournis par les tubes 101 & 103 traversant la résistance 114. Ces courants produisent des chutes de tension qui s'ajoutent, dans la résistan- ce 114, et il se produit une différence de tension entre les conducteurs 124 & 125.
Pendant ce temps, il ne circule aucun courant dans les tubes 102 & 104, d'autant plus que les tensions de leurs grilles de contrôle proviennent des alternances négatives du courant et que les tensions d'anode proviennent des alternances positives.
Mais, s'il se produit une variation du facteur de puissance dans le système 11-12-13, dans n'importe quel sens, à partir dé l'unité, la relation de phase entre les anodes et les grilles se modifie et les tubes 101 & 103 ne sont conducteurs que pendant une partie de chaque alternance, tandis que les tubes 102 & 104 deviennent conducteurs etdonnent naissance à des tensions opposées,aux bornes de la résistance 115, pendant le reste de chaque alternance.
Il en résulte qu'une tension apparaît entre les fils 124 & 125, qui est presque exactement proportionnelle à la composante en phase du courant dans le circuit extérieur du générateur, Cette tension de réglage est appliquée au filtre 27 et est ensuite utilisée de la même manière que les tensions de réglage dans les circuits des figures 1 & 2, pour constituer un système de réglage de la tension conforme à l'invention.
Une autre variante est représentée sur le schéma partiel de la figure 4 qui montre, de manière symbolique, un moyen pour prélever, sur les conducteurs d'induit, une tension de réglage proportionnelle à la variation de l'énergie à la sortie du générateur 10, cette variation d'énergie introduisant des conditions transitoiresdans le fonctionnement du rotor.
Comme pour la figure 3, le circuit de la figure 4 est utilisé avec le reste du système, tel que représenté figures 1 & 2, afin de constituer le système régulateur complet.
Dans le circuit de réglage de la figure 4, on utilise un wattmètre habituel, du type dynamométrique 126. C'est un appareil monophasé, ayant une bobine de courant 128 et une bobine de tension 127.
La bobine 128 est alimentée par un transformateur de courant 105 dont le primaire 106 est inséré dans l'un des conducteurs, par exemple 13, et dont le secondaire 107 est connecté à la bobine 128.
La bobine 127 est insérée entre le point neutre 119 et le.fil 120 relié au fil 13, le dispositif utilisé pour créer le point neutre étant identique '.celui de la figure 3.
Le wattmètre 126 possède un axe 129 qui tourne d'une quantité proportionnelle à l'énergie à la sortie du générateur 10. Cet axe 129 fait tourner une armature magnétique 210, ayant un enroulement 211 qui coupe les
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lignes de force d'un aimant permanent 212, dont les' pèles N & S se trouvent au-dessus et en-dessous de l'armature 210. Bien entendu, cette armature ne tourne que d'un petit angle et, dans ces conditions, une tension apparaît entre les fils 130 & 131 connectés aux extrémités de 211 et cette tension est approximativement proportionnelle à la variation de puissance du généra- ;leur 10.
Lorsque cette puissance est constante l'axe 129 et l'armature 210 sont stationnaires et aucun tension n'apparaît entre les conducteurs 130 & 131; mais., si cette puissance varie, une tension apparaît entre les fils 130 & 131; sa gra@deur est fonction du sens de cette variation.
Cette tension,après filtrage en 27, est utilisée de la même manière que les tensions de réglage dans les circuits des figures 1 Ó 2 et dans le même but..
Les techniciens comprendront que l'on peut utiliser d'autres dispositifs que celui de la figure 4, pour obtenir une tension proportionnelle à la variation de la puissance et fonction, dans sa polarité, du sens de cette variation, sans sortir du cadre de l'invention. Le filtre 27 peut ne pas être nécessaire dans le circuit de la figure 4 et, de toute façon, ce filtre peut être relativement petit et à action rapide, lorsqu'on utilise cette variante de 1- invention.
Une autre variante est représentée dans le schéma partiel de la figure 5 et le circuit représenté pour prélever une tension de réglage est utilisé avec le restant du circuit, tel que représenté figure 1 ou 2, pour constituer un système régulateur complet.
Dans cette figure 5; on utilise, comme tension de réglage, une tension créée par les variations transitoires de la vitesse de rotation du rotor du générateur 10.
Comme on l'a dit plus haut, le rotor d'un générateur fournissant de l'énergie à une ligne de distribution, est toujours sujet à des variations de vitesse, à cause des variations continuelles de la charge. Même si le générateur a une vitesse de 3.000 t/m. par exemple, pour une fréquence de 50 cycles/sec., la vitesse instantanée du rotor, dans des conditions usuelles, varie légèrement au-dessus et en-dessous de cette valeur. On. a trouvé qu'il est possible de tirer une tension appropriée de réglage du sens de ces variations momentanées de vitesse, au-dessus et en-dessous de la vitesse moyenne. Une telle tension peut être produite mécaniquement ou électriquement et l'on 2.. représenté, figure 5, un dispositif mécanique avec une génératrice tachymétrique, directement solidaire de l'arbre du rotor.
Dans la figure 6, on a représenté un d ispositif électrique utilisant des tensions prélevées sur les conducteurs de l'induit du générateur.
Dans la figure 5, une génératrice tachymétrique 133 est directement accouplée au rotor et son courant unidirectionnel traverse un potentiomètre 134. Un second potentiomètre 135 est alimenté par une source de tension continue, constante, par exemple 120 V., et dont la tension est, de préférence, approximativement égale à celle de la génératrice 133. Les curseurs des potentiomètres 134 & 135 sont connectés à l'amplificateur 28 (des figures 1 & 2); le filtre 27 n'étant pas représenté figure 5, bien qu'il puisse être nécessaire dans certains cas pour écarter des composantes indésirables introduites par la génératrice tachymétrique.
Si les curseurs sont réglés à l'équilibre pour la vitesse de fonctionnement normal de la génératrice 133, le dispositif représenté produira une tension de réglage, fonction de la grandeur et du sens des variations de la vitesse du générateur 10, à partir de la vitesse moyenne. La tension qui apparaît entre les curseurs, amplifiée en 28, est utilisée comme dans le cas des figures 1 & 2.
On a représente, figure 6, un circuit permettant de prélever élec- triquement une tension de réglage qui est approximativement proportionnelle aux variations du déphasage interne résultant de rotations transitoires du rotor,ces variations de déphàsage interne, étant, à leur tour, proportionnelles approximativement à la déviation angulaire du rotor par rapport à sa po-
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sition moyenne pendant-la rotation.
L'angle de déphasage interne est 1'angle existant entre le vec- teur de la tension apparaisant aux bornes de la charge et le vecteur de la tension interne de la machine à règler.
On a représenté figure 7 un diagramme vectoriel, sur lequel cet angle est représenté par #, le vecteur Vm représentant la tension interne de la machine @t le vecteur Vs représentant la tension aux bornes du système (ou de la charge). La tension aux bornes de la machine Vt est comprise entre Vm et vs; les vecteurs IZm & IZs représentant respectivement les chutes de tension dues au courant qui traverse l'impédance de la machine et celle du système, le vecteur I représentant le courant,
Pour obtenir une tension fonction des variations de l'angle e, une première composante est prélevée au moyen du transformateur 226 (figure
6), dont le primaire 227 est connecté entre le point neutre du générateur 10 et la borne d'un conducteur, par exemple 12.
La tension apparaissant aux bor- nes du secondaire 228 est proportionnelle à la tension aux bornes du généra- teur : c'est le vecteur Vt de la figure 7. Pour créer des tensions addition- nelles à combiner avec Vt, on utilise deux impédances Zm et Zn ayant, respec- tivement, des valeurs aussi proportionnelles que possible aux impédances de la machine et du système. Un courant proportionnel au courant fourni à la charge par la machine, traverse ces impédances en série, grâce au secondaire 107 d'un transformateur 105, dont le primaire 106 est en série dans le con- ducteur 12.
En choisissant convenablement les rapports de transformation des transformateurs 105 & 226, les chutes de tension dues au passage du cou- rant I dans les impédances Zm & Zs sont, respectivement, additionnées vec- toriellement à Vt ou retranchées vectoriellement de Vt, de manière à créer respectivement les vecteurs Vm & Vs de la figure 7. L'angle e entre Vm et Vs et ses variations peuvent etre déterminées par le reste du circuit repré- senté figure 6.
La tension Vs est appliqué à un amplificateur 229 à tubes électro- niques, du type des amplificateurs 28, 30 & 33 des figures 1 & 2. Cet ampli- ficateur transforme une onde approxima tivement sinusoïdale (231- fige 6), en une onde à forme rectangulaire (232, fig. 6). Comme le savent les techniciens, un nombre relativement grand d'étages amplificateurs produit finalement une onde à peu près rectangulaire, quelle que soit la forme de l'onde initiale, à cause de la saturation et des effets propres de limitation, au-delà de la gamme linéaire normale de fonctionnement. L'amplificateur 229 doit donc avoir un nombre suffisant d'étages pour obtenir ce résultat.
La tension Vm est appliquée à un amplificateur 230 et devient finalement de forme rectangulaire, comme on vient de l'expliquer.
Les tensions rectangulaires de sortie des amplificateurs 229 & 230 sont appliquées à un circuit discriminateur, qui est le même que celui de la figure 3 et qui porte les mêmes références.
La tension apparaissant à la sortie de ce discriminateur, entre les conducteurs 124 & 125, est une tension unidirectionnelle qui varie au- dessus et en-dessous d'une valeur normale prédéterminée, approximativement proportionnelle aux variations de l'angle e au-dessus et en-dessous de sa va- leur normale,, Cette tension de réglage est utilisée comme dans les variantes précédemment décrites.
Bien que l'on ait décrit deux dispositifspour prélever des ten- sions de réglage fonction de la vitesse du rotor (figures 5 & 6), on peut utiliser d'autres dispositifs équivalents, si on le désire. Par exemple, on pourrait utiliser une tension de réglage fonction de la différence des variations instantanées de vitesse du générateur et d'une autre machine constituant la charge du générateur.
Bien qu'on ait envisagé des générateurs, dans les diverses va- riantes ci-dessus de 1?invention, il reste bien entendu que toutes ces va- riantes sont également applicables aux moteurs synchrones et aux condensa-
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teurs synchrones. Chacune de ces variantes peut être utilisée, par exemple, pour régler la tension d'induit d'un condensateur synchrone, situé soit en un point intermédiaire quelconque de la ligne de distribution, ou à l'extrémité de cette ligne. Dans cette utilisation, une augmentation de la stabilité du système est obtenue de la même manière que si le système régulateur avait été utilise avec le générateur, du coté départ de la ligne de distribution.
Comme exemple de moteur synchrone auquel l'invention s'applique avantageusement, on peut citer le moteur d'un navire. Dans un tel cas, il est en général indiqué d'utiliser un moteur ayant approximativement les mëmes caractéristiques électriques que le générateur et, en outre, il est désirable que tous deux aient des dimensions mécaniques aussi petites que possible. Une diminution de dimensions mécaniques entraîne en général une augmentation de la réactance de la machine et cela pose des problèmes de stabilité. L'utilisation de la présente invention, dans un système régulateur de l'excitation du moteur, réduit énormément toute tendance d'instabilité entre le moteur et son générateur.
Bien entendu,des modifications peuvent être apportées à l'inventicn sans sortir de son cadre. C'est ainsi que l'on pourrait utiliser d'autres circuits électriques pour prélever une tension de réglage, ainsi que d'autres réseaux déphaseurs ou d'autres systèmes de circuits d'excitation.