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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX GENERATRICES DE COURANT SYNCHRONES AVEC
DISPOSITIF DE COMPOUNDAGE.
L'invention est relative à une génératrice synchrone avec un dispositif pour produire et régler automatiquement le courant excitateur, ce dispositif comprenant un circuit mono- ou polyphasé dans lequel la tension aux bornes de la génératrice ou du secondaire d'un transformateur de tension connecté à la génératrice, le secondaire d'un transformateur d'intensité alimenté par le courant de charge de la génératrice, un redresseur et l'enroulement excitateur de la génératrice sont reliés en série et dans lequel sont établis des moyens, par exemple une bobine d'inductance branchée en dérivation sur le secondaire du transformateur d'intensité,
un ou plusieurs entrefers prévus dans le circuit magnétique de ce transformateur ou d'autres moyens propres à influencer la réactance de la partie de ce circuit qui se trouve entre les bornes du secondaire du transformateur d'intensité.
On connait déjà une génératrice synchrone avec un dispositif régulateur compoundant de ce genre dans laquelle une bobine d'inductance ou self est branchée en dérivation sur le secondaire du transformateur d'inten- sité. De ce montage connu résulte toutefois que la bobine d'inductance possède une réactance qui a une grandeur du même ordre que la résistance équivalente du redresseur et de l'enroulement excitateur.
Ceci résulte du fait que pour la mise en marche de la génératrice, on doit relier l'enroulement excitateur à une source de courant continu et qu'à cet effet, on doit interrompre les circuits de réglage d'au il résulte qu'une tension plus élevée se forme aux bornes à courant alternatif du redresseur, cette tension devenant plus élevée et, par conséquent, plus nuisible pour le redresseur suivant que la bobine d'inductance a une réactance plus grande, Par ailleurs, on ne peut obtenir, avec ce montage connu du transformateur d'intensité et de la bobine d'inductance, une sommation ou addition exacte de la composante d'in-
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tensité et de la composante de tension de la grandeur de réglage quand la réactance de la bobine d'inductance est à peu près aussi grande que la résistance équivalente du redresseur et de l'enroulement excitateur.
On connait également une génératrice synchrone avec un dispositif de réglage compoundant, du genre susindiqué, pour lequel le circuit magnétique du transformateur d'intensité comporte des entrefers. Four ce dispositif, on veille à ce que la réactance du secondaire du transformateur d'intensité soit petite par rapport à la résistance équivalente du redresseur et de l'enroulement excitateur.
Les deux dispositifs régulateurs compoundants connus ne conviennent uq'à un réglage grossier et il est donc nécessaire de prévoir, en outre, un dispositif régulateur auxiliaire pour obtenir un réglage précis.
L'invention a pour but de réaliser une génératrice avec un dispositif de réglage compoundant pour laquelle l'intervention d'un dispositif pour obtenir un réglage précis devient superflue et à l'aide de laquelle on obtient les avantages précisés davantage ci-dessous par rapport aux dispositifs connus. Elle consiste, principalement à donner aux moyens, qui déterminent la réactance de la partie du circuit de réglage qui se trouve entre les bornes du secondaire du transformateur d'intensité, des valeurs telles que cette réactance, même si la génératrice fonctionne sous charge, est grande par rapport à la résistance équivalente du redresseur et de l'enroulement excitateur.
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemples, quelques modes de réalisation de l'invention.
La fig. 1 montre un schéma, dessiné en monophasé, d'un dispositif de compoundage établi selon l'invention, une bobine d'inductance étant branchée en dérivation sur le secondaire d'un transformateur d'intensité.
La fig. 2 montre le schéma, dessiné en triphasé, de ce dispositif.
La fig. 3 montre le schéma d'un dispositif de compoundage pour du courant triphasé, la bobine d'inductance: et le secondaire du transformateur d'intensité étant combinés sou. forme d'une même bobine pour chaque^ phase.
La fig. 4 montre le schéma d'un dispositif de compoundage analogue à celui de la fig. 3 mais qui n'est prévu que pour une phase et qui est utilisé pour une génératrice de courant triphasé avec point neutre.
La fige 5 montre le schéma d'une variante du dispositif de compoundage de la fig. 3 pour laquelle les enroulements sont répartis en zig-zag sur les noyaux du circuit magnétique d'une bobine d'inductance et d'un transformateur d'intensité combinés.
La fig. 6 montre le schéma d'un dispositif de compoundage avec une bobine d'inductance triphasée, ce dispositif étant utilisé pour une génératrice synchrone monophasée avec'un enroulement auxiliaire.
Sur la fige 1, on désigne par la et lb les deux phases du réseau alimenté par une génératrice synchrone. Sur ce réseau est branché un transformateur de tension 2 et dans ce réseau est intercalé également le primaire 3 d'un transformateur d'intensité. Le secondaire du transformateur de tens ion et le secondaire 7 du transformateur d'intensité sont reliés en série et ils alimentent ensemble, par un redresseur 5, l'enroulement excitateur 6 de la génératrice. Entre les bornes du secondaire 7 du transformateur d'intensité est intercalée une bobine d'inductance ou self 4.
Le transformateur 3,7 et la bobine d'inductance 4 sont calculés de manière telle que la réactance de la partie du circuit de réglage qui se trouve entre les bornes de la oboine d'inductance 4 et le secondaire 7, même si la génératrice fonctionne sous charge, est grande par rapport à la résistance équivalente du redresseur et de l'enroulement excitateur.
Ce dimensionnement du complexe, formé par la bobine d'inductance et le transformateur d'intensité, présente les-avantages suivants.
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Quand la génératrice f onctionne à vide, la reactance du secondai- re 7 du transformateur d'intensité est plus grande que celle qui existe quand la génératrice fonctionne sous charge de sorte que, pour toutes les conditions de marche, la réactance de la partie du circuit de réglage, qui se trouve entre les bornes de la bobine d'inductance 4, et du secondaire 7 est grande par rapport à la résistance équivalente de l'enroulement excitateur et du redresseur. Le vecteur de tension concernant la bobine d'inductance devient donc grand par rapport au vecteur concernant le montage en série de l'enrou- lement excitateur et du redresseur et, de plus, il est à peu près perpendicu- laire à ce dernier vecteur.
Ceci signifie que le courant excitateur devient à peu près indépendant de la fréquence et qu'on obtient une relation à peu près linéaire entre la tension de la génératrice et la vitesse de celle-ci.
Un dispositif compoundant déterminé, établi selon l'invention, peut donc ê- tre utilisé sans plus dans un grand domaine de fréquences.
Par suite de la grande réactance dans le circuit régulateur, le réglage se fait pour ainsi dire sans pertes.
Comme le vecteur de tension concernant l'enroulement excitateur et le redresseur, pendant le fonctionnement normal ; petit par rapport à celui qui concerne la bobine d'inductance et comme il est; en même temps , perpendiculaire à ce dernier vecteur de tension, les variations des valeurs de la résistance de l'enroulement excitateur et du redresseur, par exemple par suite d'une variation de température résultant d'une modification de la charge de la génératrice, n'influencent pratiquement pas le courant excita- teur.
Un autre avantage, obtenu par l'objet de l'invention, réside dans le fait que la génératrice avec auto-excitation atteint déjà, pour une tension relativement petite produite par le magnétisme rémanent, la tension normale de sorte que la fourniture d'un courant d'excitation par une batterie n'est pas nécessaire pour la mise en marche. Pendant le fonctionnement, la répar- tition de la tension dans la bobine d'inductance, l'enroulement excitateur et le redresseur est telle que seule une petite partie de la tension d'alimentation passe par le montage en série de l'enroulement excitateur et du redresseur.
Si la tension d'alimentation est encore très faible, le redres- seur a une tension interne qui est très grande par rapport à la réactance du montage en parallèle du transformateur et de la bobine d'inductance, de sorte que presque toute la tension dont on dispose agit sur les bornes du redresseur. A mesure que la tension de la génératrice augmente, on obtient une modification de la répartition de la tension et la bobine d'inductance absorbe une partie, qui augmente progressivement, de la tension aux bornes.
Pendant la période durant laquelle la génératrice se met sous tension, l'enroulement excitateur dispose, par conséquent, d'une tension relativement grande, de sorte que la génératrice acquiert rapidement la tension nécessaires aux bornes. Pour des variations de tension, qui sont produites par des modifications rapides de la charge, on obtient également une réaction rapide du dispositif compoundant.
Un autre résultat favorable de la réactance, relativement grande de la partie du circuit de réglage, qui se trouve entre les bornes de la bobi, ne d'inductance et du transformateur d'intensité, est que la tension entre ces bornes ne varie que très peu même quand le courant d'excitation subit des modifications importantes. En utilisant une bobine de réactance supplémentaire (figs. 1 et 2) l'intensité du courant, qui traverse cette bobine, reste pratiquement constante.
Une telle bobine d'inductance présente donc, pratiquement, pour toutes les conditions de charge, la même densité de courant et la même induction magnétique que pour la marche à vide, de sorte qu'elle peut être calculée pour la marche à vide. Si la bobine d'inductance est combinée avec le secondaire du transformateur de courant (fig. 3), la tension pour l'enroulement combiné reste également à peu près constante mais le courant, qui traverse l'enroulement, varie en fonction de la charge de la génératrice, de sor-
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te que cet enroulement doit être calculé pour la plus grande intensité de cou- rant.
Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que la composante de l'excitation pour la marche à vide et celle pour le fonctionnement sous charge doivent s'additionner de la manuère convenable et que le réglage de ces deux composantes doit pouvoir se faire sans qu'elles s'influencent mutuellement. Pour la marche à vide le courant d'exitation suit, d'un angle d'environ 90 , la tension de phase. Pendant le fonctionnement sous charge, le transformateur d'intensité fournit un courant qui est en. phase avec le courant pendant la marche sous charge.
Ceci signifie que pour une charge purement inductive de la génératrice, la composante de marche à vide ainsi que la composante sous charge, suivent la tension de phase de 90 et que ces composantes s'ajoutent donc algébriquement alors que pour une charge pure par résistance de la génératrice, la composante de charge est en phase avec la tension de phase et qu'elle précède donc pratiquement la composante de marche à vide de 90 , de sorte que les deux composantes s'additionnent vectorielle- menta
Le transformateur de tension peut être sûpprimé si la bobine d'inductance et l'enroulement excitateur sont adaptés à la tension aux bornes de la génératrice. L'enroulement excitateur ne doit alors convenir seulement qu'à la petite partie de cette tension qui agit, pendant la marche stationnaire,sur cet enroulement.
Le transformateur de tension peut également être intercalé entre la bobine dinductance et le redresseur.
La fig. 2 montre le même dispositif que la fig. 1 mais pour du courant triphasé.
La fig. 3 montre un mode de réalisation pour lequel, pour chaque phase, la bobine d'inductance 4 et le secondaire 7 du transformateur d'intensité sont combinés en un seul enroulement 47. Le dispositif de compoundage est constitué, dans ce cas, par un transformateur triphasé avec un circuit ferro-magnétique avec trois noyaux 8 pour chacun desquels est prévu un entrefer 9 et autour de chacun desquels sont enroulées deux bobines notamment une bobine d'intensité ou primaire 3 et une bobine de tension ou secondaire 47.
L'armature 10 est montée d'une manière réglable, de sorte qu'on peut modifier la largeur des entrefers 9. La combinaison de la bobine d'inductance et du secondaire du transformateur d'intensité constitue une simplification importante du dispositif et n'a aucune influence sur les avantages indiqués plus haut et obtenus par l'objet de l'invention...
On a déjà fait remarquer que la tension pour la bobine d'inductance 4 reste pour ainsi dire constante pour toutes les conditions de charge.
Il en est de même en ce qui concerne la bobine combinée 47. Far contre, l'intensité du courant, qui traverse cette bobine, varie avec la charge et cela de manière telle que les ampère-tours de la bcbine d'intensité 3 soient équilibrés. Par le réglage de la largeur de l'entrefer on peut modifier, d'une manière simple, la réactance de la bobine de tension 47 et, par conséquent, l'excitation pendant la marche à vide. Le réglage de l'entrefer n'influence pas le comportement pendant le fonctionnement sous charge pour la raison que la composante sous charge du courant d'excitation ne dépend que de la compensation ou de l'équilibrage des ampère-tours. L'adaptation du transformateur de compoundage au courant sous charge a lieu par le choix convenable du nombre de spires de la bobine d'intensité 3.
Le circuit magnétique du transformateur de compoundage peut également avoir la forme du circuit magnétique d'un moteur asynchrone dont les rainures du stator et/ou du rotor servent de logements aux bobines d'intensité et aux bobines de tension du transformateur,
La fig. 4 concerne un mode de réalisation monophasé pour le transformateur de compoundage. Dans ce cas, on ne monte une bobine d'intensité 3 que dans une des phases du réseau alors que la bobine de tension 47 est montée en série avec le redresseur 5 et l'enroulement excitateur 6 entre cette phase du réseau et le fil neutre de celui-ci. Le circuit magnétique est,
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dans ce cas, à trois noyaux. Il peut également comporter deux noyaux seule- ment et les bobines 3 et 47 peuvent être réparties sur les différentes noyaux.
Le mode de réalisation de la figo 5 se distingue, seulement de celui de la figo 3 par le fait que chacune des bobines de tension 47 est cons- tituée en deux parties 47a et 47b, reliées en série, ces parties étant enga- gées sur des noyaux différents 8 du circuit magnétique de sorte qu'on obtient un montage en zig-zag. Ce montage en zig-zag peut également être adopté pour les bobines d'intensité ou primaires. Les deux possibilités ont le même ef- fet .sur les courbes extérieures du transformateur de compoundage. Pour le transformateur de compoundage avec bobines de tension non subdivisées, selon la fig. 3, la tension aux bornes de la génératrice augmente moins ou diminue plus fortement, quand la charge augmente, suivant que le facteur de puissance est plus petit.
Cette propriété résulte du fait que la composante du courant excitateur,qui dépend du courant de charge, ne peut pas fournir l'excitation supplémentaire qui est nécessaire par la saturation plus grande de la généra- trice pour un facteur de puissance plus petit. Cette saturation plus grande résulte du fait que la tension de dispersion vient, en dépendance avec le facteur de puissance, occuper une autre position par rapport à la tension aux bornes. Pour cos ¯ = 0, la force électromotrice de la génératrice est égale à la somme de la tension aux bornes et de la tension de dispersion alors que pour cos ¯ = 1, la force électromotrice est pratiquement égale à la ten- sion aux bornes.
En modifiant le nombre de spires de la bobine d'intensité du transformateur de compoundage selon la fig. 3, les courbes sont bien in- fluencées mais toutes à un même degré de sorte que les différences mutuelles restent à peu près les mêmes. Par le montage en zig-zag selon la fig, 4, les courbes se rapprochent les unes des autres et la courbe pour cos = 1 monte moins alors que celle pour cos ¯ = 0 descend moins.
Le circuit magnétique du transformateur de comoundageavec un montage en zig-zag peut également être réalisé comme le circuit magnétique d'un moteur asynchrone. Dans ce cas, on peut loger avec avantage, pour chaque paire de bobines de tension ou de bobines d'intensité reliées en série, une bobine dans les rainures ou encoches du stator et l'autre bobine dans celles du rotor.
La fig. 6 concerne un montage pour une génératrice monophasée.
Dans ce cas, on fait comporter au transformateur de compoundage un circuit magnétique à trois noyaux, chaque noyau 8 de ce circuit étant entouré d'une bobine de tension 47 et deux de ces noyaux étant entourés respectivement de deux bobines d'intensité 3. La génératrice comporte un enroulement auxiliaire pour alimenter la troisième bobine de tension 47. Pour une génératrice monophasée, on peut toutefois utiliser également un transformateur de compoundage monophasé analogue à celui de la fig. 4. On a constaté néanmoins que le montage selon la fig. 6 procure un meilleur résultat.
On utilise avec avantage pour le redresseur un redresseur sec, constitué par exemple par des cellules de sélénium. Le comportement du redresseur est surtout important pendans la mise en marche de la génératrice quand elle fonctionne à vide ou quand elle est court-circuitée. Afin que la génératrice atteigne rapidement sa tension, la résistance interne du redresseur, dans le sens du passage, ne doit pas être trop grande quand la tension est faible, Pour le courtcircuitage, chaque dispositif de compoundage du genre en question, a la propriété que le courant de court-circuitage stationnaire de la génératrice est beaucoup plus grand que le courant de court-circuitage d'une génératrice avec une machine excitatrice normale, car, dans le premier cas, le courant de court-circuitage normal agit sur le courant excitateur.
La limitation du courant de courtcircuitage se produit alors dans le redresseur lui-même car celui-ci permet le passage du courant, pour une différence de potentiel trop élevée, dans le sens suivant lequel il est normalement arrêté. Par un choix convenable de la tension d'arrêt, on peut maintenir le courant de court-circuitage à une valeur déterminée. Un autre avantage, obtenu en se servant de redresseurs secs, est que ceux-ci peuvent, pendant une courte période, supporter une surcharge.