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La présente invention concerne les systèmes régulateurs de géné- ratrices et plus spécialement les circuits limiteurs d'excitation minimum ,qui s'y rapportent.
, Il est intéressant de maintenir la tension de sortie d'une génératrice en substance constante, mais aussi de prévoir un circuit limiteur d'excitation minimum afin que la génératrice ne décroche pas. Les anciens circuits limiteurs d'excitation minimum présentent de nombreux inconvé- nients. Par exemple, de nombreux circuits limiteurs d'excitation minimum anciens,répondent à la tension d'excitation de la génératrice et sont donc sensibles aux variations de température de l'air environnant la généra- trice. En outre, dans de nombreux circuits limiteurs anciens, il est im-- possible de régler cette limite avec sécurité à une valeur suffisamment proche du point de décrochage de la génératrice. La génératrice utilisant cet ancien type de circuit limiteur ne peut pas tirer tout le profit vou- lu de sa caractéristique à facteur de puissance en avant.
Encore un autre défaut de nombreux circuits d'excitation mini- mum anciens réside en ce que la limite d'excitation minimum varie avec les variations de la tension débitée dues aux variations de la charge ou du nombre de génératrices mises sur le réseau. De nombreux circuits d'excita- tiori minimum anciens ont encore le défaut qu'il est difficile de varier la limite d'excitation minimum d'une valeur à une autre.
La présente invention a pour but principal de procurer un nouveau circuit de commande de limite d'excitation minimum pour une génératrice, dont les appareils comprennent des éléments statiques sans parties mobiles.
L'invention a plus spécialement pour but de procurer un circuit de commande de limite d'excitation minimum qui puisse être réglé de manière à obtenir une limite très voisine du point de décrochage de la génératrice, en reliant entre eux un amplificateur magnétique et un circuit de sens qui donne, à la sortie une mesure de la tension du réseau et une mesure de la somme de la chute de tension réactive extérieure du réseau électrique et la chute de tension réactive synchrone de la génératrice, de fa- çon à produire, à la sortie de l'amplificateur magnétique, une tension déterminée indiquant si la tension après la réactance synchrone de la génétrice, avance de plus ou de moins de 90 sur la tension du réseau,
de manière à régler la limite d'excitation minimum de la génératrice et permettre à celle-ci de tirer profit de sa caractéristique de facteur de puissance en avant.
L'invention ressortira clairement de la description, donnée ciaprès, d'une forme d'exécution représentée, à titre d'exemple, aux dessins annexés, dans lesquels
Les figures 1A et 1B sont un schéma des appareils et circuits de la forme d'exécution de l'invention, et
La figure 2 est un diagramme vectoriel représentant les différentes composantes de tension et de courant obtenues par l'utilisation du circuit limiteur d'excitation minimum représenté à la figure 1.
Les figures lA et 1B représentent une génératrice triphasée à pôles non saillants 10 ayant un enroulement d'excitation 12. La génératrice 10 alimente les conducteurs 14, 16, 18 qui font partie d'un réseau électrique Une excitatrice 20 produit la tension inductrice relativement ée- vée nécessaire à l'enroulement d'excitation 12. L'excitation 20 comprend un induit 22 qui alimente l'enroulement d'excitation 12 de la génératrice 10, un enroulement d'auto-excitation 24 en shunt avec l'induit 22, et
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des enroulements d'excitation de sous- et de survoltage 26 et 28 dont le rôle sera exposé plus loin.
Afin de maintenir la tension de sortie de la génératrice 10 en substance constante, un circuit fermé de régulation 30, comprenant un amplificateur magnétique push-pull 32, relie la sortie de la génératrice 10 aux enroulements d'excitation de sous- et de survoltage 26 et 28 de l'excitatrice 20.
Suivant la présente invention, un circuit limiteur d'excitation minimum 34 est relié à la sortie de la génératrice 10 et coopère avec 1' amplificateur magnétique push-pull 32 du circuit fermé de régulation 30 pour empêcher le décrochage de la génératrice 10. De façon générale, le circuit limiteur d'excitation minimum 34 comprend un circuit de sens 36 et un amplificateur magnétique push-pull 38 associé à ce dernier pour obtenir une tension de sortie indiquant si la tension après la réactance synchrone de la génératrice 10 avance de plus ou de moins de 90 par rapport à la tension du réseau.
En outre, le circuit limiteur d'excitation minimum 34 comprend une self à saturation 40 répondant à la tension de sortie de l'amplificateur magnétique push-pull 38, et un circuit de shuntage 42 qui dérive une partie du signal de commande de l'amplificateur magnétique pushpull 32, une fois que la tension de sortie de la self à saturation 40 atteint un niveau déterminé, de manière à maintenir ainsi, pour la génératrice 10, une limite d'excitation minimum déterminée en substance constan- -Ce.
Comme précité, le circuit fermé de régulation 30 sert à maintenir la tension de sortie de la génératrice 10 en substance constante. Pour la clarté de l'exposé, les éléments et le fonctionnement du circuit fermé de régulation 30 seront décrits avant ceux du circuit limiteur d'excitation minimum 34.
Comme représenté, l'amplificateur magnétique push-pull 32 est de construction courante et comprend deux sections principales 46 et 48.
La section 46 a deux noyaux magnétiques 50, 52, et la section 48 a deux noyaux magnétiques 54,56. Des enroulements de charge 58, 60, 62, 64 sont couplés inductivement aux noyaux magnétiques respectifs 50, 52, 54, 56.
Comme d'habitude, l'auto-saturation de l'amplificateur magnétique 32 est obtenue en mettant, en série avec les enroulements de charge 58, 60, 62, 64, des redresseurs respectifs d'auto-saturation 66, 68, 70,72.
Le circuit double de la section 46 est obtenu en mettant en parallèle le circuit série constitué par l'enroulement de charge 58 et le redressement d'auto-saturation 66 et le circuit série constitué par l'enroulement de charge 60 et le redresseur d'auto-saturation 68. Dé même, le circuit double de la section 48 est obtenu en mettant en parallèle le circuit série constitué par l'enroulement de charge 62 et le redresseur d'auto-saturation 70 et le circuit série constitué par l'enroulement de charge 64 et le redresseur d'auto-saturation 72.
L'énergie pour les enroulements de charge 58, 60, 62, 64 de 1' amplificateur magnétique 32 provient d'un transformateur 74 ayant un enroulement primaire 76 auquel la tension de sortie de la génératrice 10 est appliquée, et deux enroulements secondaires 78 et 80. Comme représenté, un redresseur de charge à double alternance 82 est relié au circuit double précité de la section 46 et à l'enroulement secondaire 78 du transformateur 74, de manière à obtenir du courant continu à la section 46.
De même, un redresseur de charge à double alternance 84 est relié au circuit double précité de la section 48 et à l'enroulement secondaire 80 du transformateur 74, de manière à obtenir du courant continu à la section 48.
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Dans le cas considéré, l'enroulement d'excitation de survoltage
28 de l'excitatrice 20 est commandé par le débit de redresseur de charge
82, et l'enroulement d'excitation de sous-voltage 26 de l'excitatrice'20 est commandé par le débit du redresseur de charge 84. En fonctionnement, les enroulements de sous- et de survoltage 26 et 28 sont opposés l'un à l' autre. Afin d'obtenir en substance des effets égaux et opposés des en- roulements d'excitation de sous- et de survoltage 26,28, qund la ten- sion débitée par la génératrice 10 a atteint son niveau de régulation,des résistances variables 86 et 87 sont mises en série respectivement avec 1' enroulement d'excitation de survoltage 28 et celui de sousvoltage 26.
Les sections 46 et 48 de l'amplificateur magnétique 32 sont ap- proximativement polarisées à la moitié de leur débit par des enroulements de polarisation 90, 92, 94, 96 qui sont couplés inductivement aux noyaux magnétiques 50, 52, 54, 56 respectivement. En particulier, les enroule- ments de polarisation 90, 92, 94', 96 sont mis en série entre eux et ce cir- cuit série est relié à des conducteurs 98, 100 auxquels on applique une tension continue en substance constante. En fonctionnement, -le courant qui traverse les enroulements de polarisation 90, 92, 94, 96 crée un flux, dans les noyaux magnétiques correspondants, opposé au flux créé par le courant qui traverse les enroulements de charge respectifs 58, 60, 62, 64.
Afin de disposer d'un point de référence dans chacune des sec- tions 46 et 48 de l'amplificateur magnétique 32, des enroulements de référence 102, 104, 106, 108 sont couplés indûctivement aux noyaux magnéti- ques correspondants 50, 52, 54, 56. Les enroulements de référence 102, 104
106, 108 sont disposés de telle façon sur leurs noyaux magnétiques corres- pondants 50, 52, 54, 56, que le flux produit par le courant traversant les enroulements de référence 102, 104 soit opposé au flux produit par les en- roulements de référence correspondants 90, 92, et que le flux produit par le courant traversant les enroulements de référence 106, 108 s'ajoute au flux produit par les enroulements préférence correspondants 94, 96.
Comme représenté, les enroulements de référence 02, 104, 106, 108 sont reliés en série entre eux et avec d'autres enroulements qui seront décrits plus loin, ce circuit série étant'relié aux bornes de sortie d'un redresseur sec à double alternance 110. Afin que le courant circulant dans les enroulements de référence 102, 104, 106, 108 reste en substance constant, les bornes d'entrée du redresseur 110 sont connectées à un appareil à tension constante 112 dont la sortie est une tension alternative en substance constante, quelle que soit la valeur de la tension de sortie de la génératrice qui est appliquée à l'appareil à tension constante 112.
Comme d'habitude, des'enroulements de commande 114, 116, 118, 120 sont couplés inductivement aux noyaux magnétiques respectifs 50,52,54,56,En particulier les enroulements de commande 114, 116, 118,120 sont reliés en série entre eux, le circuit série étant connecté aux bornes de sortie d'un redresseur sec à double alternance 122, Les bornes d'entrée du redresseur 122 sont reliées aux conducteurs de réseau 14 et 18 par un transformateur réglable 124, de façon que le courant voulu circule dans les enroulements de commande 114, 116, 118, 120.
Les enroulements de commande 114, 116, 118, 120 sot disposés de tals façon sur leurs noyaux magnétiques 50, 52, 54, 56 que le courant qui les traverse produise, dans les noyaux magnétiques correspondants, un flux opposé à celui créé par le courant circulant dans les enroulements de référence 102, 104, 106, 108. En fonctionnement, quand la tension de sortie de la génératrice 10 augmente et dépasse sa valeur normale, le courant qui traverse les enroulements de commande 114, 116, 118, 120 augmente de manière à diminuer le courant débité par la section 46 de l'amplificateur
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32 et augmenter le courant débité par la section 48 de l'amplificateur magnétique push-pull 32.
Ceci a pour effet d'augmenter le courant dans l'enroulement d'excitation de sousvoltage 26 de l'excitatrice 22 et de diminuer le courant dans l'enroulement d'excitation de survoltage 28, de manière à sousvolter ou à diminuer la tension de sortie de l'excitatrice 20.Une diminution de la tension de sortie de l'excitatrice 20 diminue -La tension aux bornes de l'enroulement d'excitation 12, de façon à ramener la tension de sortie de la génératrice 10 à sa valeur normale,
D'autre part, une diminution de la tension de sortie de la génétrice 10 jusqu'en dessous de sa valeur normale, provoque une diminution du courant circulant dans les enroulements de commande 114, 116, 118,120.
Une diminution du courant dans les enroulements de commande 114, 116, 118, 120 déséquilibre l'amplificateur magnétique push-pull 32 de façon que le courant débité par la section 46 de l'amplificateur 32 augmente et le courant débité par la section 48 diminue. Ceci a pour effet d'augmenter le courant dans l'enroulement d'excitation de survoltage 28 de l'excitatrice 22, et de diminuer le courant dans l'enroulement d'excitation de sousvoltage 26.
Ceci survolte ou augmente la tension débitée par l'excitatrice 20 et donc la tension aux bornes de 1 enroulement inducteur 12 de la génératrice 10, de façon à ramener la tension de sortie de la génératrice 10 à sa valeur normale,
Le circuit limiteur d'excitation minimum 34 sera décrit mainte- nant. En gros, le circuit de sens 36 comprend un circuit 130 répondant à la fois la mesure du courant débité par la génératrice 10 et à le tension aux bornes de la génératrice 10, de manière à obtenir une tension qui est une mesure déterminée de la tension du réseau. Plus exactement, le circuit 130 comprend une impédance à résistance variable 131 et un transformateur de potentiel 13,2 à enroulement primaire 134 et enroulement secondaire 136.
L'enroulement primaire 134 du transformateur de potentiel 132 est connecté entre les phases 1 et 3, c'est-à-dire aux conducteurs 14 et 18, le circuit 130 donnant ainsi une mesure de la tension aux bornes de la génératrice 10. Une tension proportionnelle à la tension aux bornes de la génératrice 10 apparaît au secondaire 1360 D'autre part, la résistance variable 131 est reliée à un transformateur de courant principal 140, le circuit 130 donnant ainsi aussi une mesure de courant débité par la génératrice 10.
Comme représenté, la résistance variable 131 est connectée en série avec l' enroulement secondaire 136 du transformateur de potentiel 132. Ainsi une tension proportionnelle à la tension du réseau apparaît aux bornes du circuit série composé de la résistance 131 et de l'enroulement secondaire 136.
Ceci ressort plus clairement de la figure 2, où le vecteur Et représente la tension aux bornes de la génératrice 10, et le vecteur Es représente la tension du réseau. Le vecteur jiXe représente la chute de tension réactive externe du réseau électrique, et une tension qui est une mesure de cette chute de tension réactive externe .apparaît aux bornes de la résistance variable 1310 En règlant celle-ci convenablement, on peut obtenir une mesure adéquate de la chute de tension réactive externe du réseau électrique.
Il faut noter que le courant est mesuré à la phase 2, de façon à le déphaser de 900 par rapport à Etc La tension alternative aux bornes de la résistance 131 peut être rendue proportionnelle à et mise en phase avec chute de tension réactive externe jiXeo En ajoutant la tension alternative aux bornes de la résistance 131 à la tension alternative aux bornes de l'enroulement secondaire 136, on peut reproduire la tension du réseau Es.
Dans la forme d'exécution représentée, le déphasage voulu entre la mesure du courant débité par la génératrice 10 et la mesure de la tension aux bornes de la génératrice 10 pour un état de fonctionnement donné, est obtenu en connectant l'enroulement primaire 134 du transformateur 132 entre les pha-
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ses 1 et 3, et en associant électriquement le transformateur de courant principal 140 à la phase 2. Il va de soi cependant, que le déphasage vou- lu entre la mesure de courant débité par la génératrice 10 et la tension aux bornes de celle-ci peut aussi être obtenu en intercalant un déphaseur convenable (non représenté) entre le transformateur de courant principal
140 et la résistance variable 131.
Le circuit de sens 36 comprend aussi un dispositif de circuit
141 pour obtenir une mesure déterminée de courant proportionnelle à la som- me de la chute réactive synchrone de la génératrice 10 et de la chute ré- active externe du réseau électrique. En particulier, un transformateur de courant auxiliaire 142, ayant un enroulement primaire 144 et un enroule- ment secondaire à prise 146, est relié au transformateur de courant prin- cipal 140 et à la résistance variable 131, de façon que le débit alternatif du transformateur de courant auxiliaire 142, spécialement de.l'enroulement secondaire 146, soit proportionnel à la somme de la chute de tension réac- tive synchrome de la génératrice 10 et de la chute de tension réactive ex- terne du réseau électrique.
En particulier, la résistance variable 131 est reliée en série avec l'enroulement primaire 144 du transformateur de courant auxiliaire 142, le circuit série étant mis aux bornes du transformateur de courant principal 140. En réglant la prise de l'enroulement sécon- daire 146, on peut donc obtenir une mesure exacte de la somme de la chute de tension réactive synchrone de la génératrice 10 et de la chute de tension réactive externe du réseau électrique.
Sur la figure 2, la chute de tension réactive synchrone de la génératrice 10 est représentée par le vecteur jiXd et la somme de la chute de tension réactive synchrone de la génératrice 10 et de la chute de tension' réactive externe du réseau électrique est représentée par la somme des vecteurs jiXd et jiXe. Le vecteur restant Ed représenté à la figure 2 représente la tension après la chute réactive synchrone de la génératrice 10.
Si 1 angle entre le vecteur Ed et le vecteur Es dépasse 90 , la génératrice 10, si elle est à pales non saillants, décroche en cas de commande manuelle. En d'autres mots, si cos (jiXd + jiXe) est inférieur à Es, la génératrice 10 ne décroche pas. Si cos (jiXd + jiXe) devient supérieur à Es, la génératrice 10 décroche.
Pour obtenir une tension proportionnelle à la différence entre Es et cas 0 (jiXd + jiXe) et une tension indiquant si Es est supérieur ou inférieur à la quantité cos (jiXd + jiXe), l'amplificateur magnétique push-pull 38 est rendu sensible à la tension aux bornes du circuit série comprenant la résistance variable 131 et l'enroulement secondaire 136 du transformateur de potentiel 132, et au courant débité par l'enroulement secondaire 146 du transformateur de courant auxiliaire 142.
L'amplificateur magnétique push-pull 38 comprend deux sections principales 150 et 1520 La section 150 comprend les noyaux magnétiques 154 et 156 et la section 152 comprend les noyaux magnétiques 158 et 160. Les enroulements de charge 162, 164, 166 et 168 sont couplés inductivement aux noyaux correspondants 154, 156, 158 et 160. L'auto-saturation de l'amplificateur magnétique 38 est obtenue en connectant en série avec les enroulements de charge 162, 164, 166, 168 des redresseurs d'auto-saturation correspondants 170, 172, 174 et 176. Le circuit double de la section 150 est obtenu en mettant en parallèle le circuit série composé de l'enroulement de charge 162 et du redresseur d'auto-saturation 170 avec le circuit série composé de l'enroulement de charge 164 et du redresseur d'auto-saturation 172.
De même, le circuit double de la section 152 est obtenu en mettant en parallèle le circuit série composé de l'enroulement de charge 166 et du redresseur d'auto-saturation 174 et le circuit série composé de l'enroule-
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ment de charge 168 et du redresseur d'auto-saturation 176.
Afin d'obtenir la valeur de tension voulue pour le enroulements de charge 162, 164, 166, 168 de l'amplificateur magnétique push-pull 38 et afin d'alimenter par tensions isolées les sections 150 et 152, i@ @ il est prévu un transformateur 180 ayant un enroulement primaire 182 et deux enroulements secondaires 184 et 186. Comme représenté, l'enroulement primaire 182 est mis aux bornes du circuit série composé de la résistance variable 131 et de l'enroulement secondaire 136 du transformateur de potentiel 132. Le transformateur 180 donne une mesure de la tension à vide Es.
Les enroulements de charge 162 et 164 de la section 150 de l'am- plificateur magnétique push-pull 38 reçoivent la tension aux bornes de l' enroulement secondaire 184 du transformateur 180, en reliant le circuit parallèle précité de la section 150 à l'enroulement secondaire 184 et à un redresseur de charge à double alternance 188. De même, les enroulements de charge 166 et 168 de la section 152 de l'amplificateur magnétique pushpull 38 reçoivent la tension aux bornes de l'enroulement secondaire 186, en reliant le circuit parallèle précité de la section 152 à l'enroulement secondaire 186 et à un redresseur de charge à double alternance 190.
D'autre part, la différence entre les sorties des sections 150 et 152 de l'am- plificateur magnétique push-pul 38 est obtenue, en reliant les résistan- ces de charge 192 et 194 entre elles et aux bornes de sortie des redresseurs 188 et 190 respectivement, de telle façon que la différence entre les sorties des sections 150 et 152 apparaisse aux bornes des résistances de charge combinées 192 et 194.
Les sections 150 et 152 de l'amplificateur magnétique push-pull 38 sont polarisées à environ la moitié de leur débt,, par des enroulements de polarisation 196, 198, 200, 202 qui sont couplés inductivement aux noyaux magnétiques respectifs 154, 156, 158, 160. Comme représenté, les enroulements de polarisation 196, 198 sont reliés en série entre eux avec une résistance variable 203, le circuit série étant relié aux conducteurs 98 et 100 auxquels est appliquée une tension continue en substance constante. Les enroulements de polarisation 200, 202 sont aussi reliés en série entre eux et avec une résistance variable 205, ce circuit série étant aussi relié aux conducteurs 98 et 100.
Chacun des enroulements de polarisation 196, 198, 200, 202 est disposé de telle façon par rapport à son enroulement de charge 162, 164, 166, 168 respectivement que le courant qui traverse les enroulements de polarisation 196, 198, 200, 202 produise, dans les noyaux correspondants 154, 156, 158, 160 un flux opposé au flux produit par le courant 'traversant les' enroulements de charge 162, 164, 166, 168.
Les enroulements de commande à courant continu 204, 206, 208, 210 sont couplés inductivement aux noyaux magnétiques 154, 156, 158, 160 correspondants, et reliés en série entre eux ainsi qu'avec une résistance variable 212, le circuit série étant mis aux bornes de sortie d'un redresseur sec à double alternance 214. Les bornes d'entrée de ce dernier sont reliées au circuit série composé de la résistance variable 131 et de l'enroulement secondaire 136 du transformateur de potentiel 132. Les enroulements de commande à courant continu 204, 206, 208, 210 reçoivent donc une tension proportionnelle à la tension à vide Es.
En outre, les enroulements de commande à courant continu 204,206 de la section 150 de l'amplificateur magnétique 38 disposés de telle façon sur les noyaux correspondants 154, 156 que le courant circulant dans les enroulements de commande 204, 206 produise dans ces noyaux 154, 156 un flux qui s'ajoute au flux produit par le courant circulant dans les enroulements de charge correspondants 162, 164.
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Les enroulements de commande à courant continu 208,210 de la section 152 sont disposés, au contraire, sur les noyaux correspondants 158, 160 de telle façon que le courant circulant dans les enroulements de commande
208, 210 produise, dans ces noyaux 158, 160 un flux opposé au flux produit par le courant circulant dans les enroulements de charge 166,168 respec- tifs.
Des enroulements de commande à courant alternatif 216, 218, 220,
222 sont aussi couplés inductivement avec les noyaux correspondants 154,
156, 158, 160. Afin que les enroulements de commande à courant alternatif
216, 218, 220, 222 répondent à une, mesure de i (Xe+Xd), les enroulements de commande à courant alternatif 216, 218, 220,222 sont connectés à l'en- roulement secondaire 146 du transformateur de courant auxiliaire 140. Il faut noter que ces enroulements de commande à courant alternatif 216, 218,
220, 222 sont disposés sur leurs noyaux magnétiques respectifs 154, 156,
158, 160 de telle façon que pendant l'opération de rappel, quand les enroulements de charge respectifs 162, 164,166, 168 ne sont parcourus par aucun courant de charge,
le flux produit par le courant circulant dans les enroulements de commande à courant alternatif 216, 218, 220, 222 soit opposé au flux produit par le coutant circulant dans les enroulements de commande à courant continu correspondants 204, 206, 208, 210. Les grandeurs relatives du courant circulant dans les enroulements de commande à courant alternatif 216, 218, 220, 222 et du courant circulant dans les enroulements de commande à courant continu 204, 206, 208, 210, déterminent la polarité et la grandeur de la tension de sortie de l'amplificateur magnétique push-pull 38. Ceci ressortira plus clairement à la description du fonctionnement du circuit d'excitation minimum 34.
Des enroulements de feedback 224, 226, 228, 230 sont aussi couplés inductivement aux noyaux magnétiques 154, 156, 158, 160 respectivement. Ils sont attaqués par la tension de sortie de l'amplificateur magnétique push-pull 38 et sont disposés de telle façon sur leurs noyaux respectifs 154, 156, 158, 160 que le courant qui les traverse produise un flux opposé au flux résultant produit dans ces noyaux par les enroulements de commande à courant continu 204, 206, 208, 210 et les enroulements de commande à courant alternatif 216, 218, 220, 222. Comme représenté, les enroulements de feedback 224, 226, 228,230 sont reliés en série entre eux et avec une résistance variable 232 qui peut être.réglée de façon à déterminer l'intensité du courant dans les enroulements de feedback 224, 226, 228, 230.
Une extrémité de ce circuit série est reliée à une extrémité de la résistance de charge 192, et l'autre extrémité de ce circuit série est reliée à une extrémité de la résistance de charge 194. On obtient ainsi, par les enroulements de feedback 224, 226, 228,230, une contre-réaction qui améliore la linéarité de la tension de sortie de l'amplificateur magnétique push-pull 38.
La tension de sortie d'un amplificateur magnétique push-pull équilibré à commande par courant alternatif est proportionnelle à l'intensité du courant alternatif qui traverse ses enroulements de commande'à courant alternatif multipliée par le cosinus de l'angle de déphasage entre sa tension d'alimentation et le courant alternatif circulant dans ses enroulements de commande à courant alternatif.
Si on considère donc uniquement les enroulements de commande à courant alternatif 216, 218', 220, 222 et les enroulements de charge 162, 164, 166, 168 de l'amplificateur magnétique push-pull 38, la tension de sortie de l'amplificateur 38 est proportionnelle à cos # i(Xe + Xd), où i(Xe+Xd)est la tension proportionnelle au courant traversant les enroulements de commande à courant alternatif 216, 218, 220, 222, et # est l'angle de déphasage entre Es, la tension
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d'alimentation ou à vide appliquée aux enroulements de charge 162, 164, 166, 168, et i(Xe + Xd) la tension proportionnelle au courant circulant dans les enroulements de commande à courant alternatif 216, 218, 220, 222.
Si, au contraire, on prend aussi en considération l'effet produit'par les enroulements de commande à courant continu 204, 206, 208, 210, la tension de sortie de l'amplificateur magnétique push-pull 38 est proportionnelle à Es - cos (Xe + Xd), puisqu'en fonctionnement, le courant dans les enroulements de commande à courant continu 204, 206, 208, 210, est proportionnel à Es et l'action des enroulements de commande à courant continu 204, 206, 208, 210 s'oppose à l'action respective des enroulements de commande à courant alternatif 216, 218,¯220, 222,
Il faut noter que les variations de la tension Es aux bornes du circuit série composé de la résistance 131 et de l'enroulement secondaire 136, appliquée aux enroulements de charge 162, 164, 166,
168, n'ont pas d'effet sur la grandeur ni la polarité de la tension de sortie de l' amplificateur magnétique push-pull 38.
La self à saturation 40 est prévue pour amplifier la sortie de 1 amplificateur magnétique push-pull 38 et pour produire, aux bornes de l'impédance ou résistance variable 234, une tension qui varie avec la gran- deur et la polarité de la tension de sortie de l'amplificateur magnétique push-pull 380 Dans ce cas, la self à saturation 40 comprend les noyaux magnétiques 236 et 238. Des enroulements de charge 240 et 242 sont couplés inductivement aux noyaux magnétiques respectifs 236, 238.
L'énergie nécessaire aux enroulements de charge 240, 242 est fournie par un transformateur de potentiel 244, ayant un enroulement primaire 246 et un enroulement secondaire 248, en circuit avec un redresseur de charge à double alternan- ce 250 et les enroulements de charge 240, 242. Plus exactement, l'enroulement primaire 246 du transformateur 244 est relié aux conducteurs de réseau 14, 18. D'autre part, l'enroulement secondaire 248 du transformateur 244 est mis en série avec les enroulements de charge 240, 242, le circuit série étant relié aux bornes dtentrée du redresser de charge 250.
La tension de sortie de l'amplificateur magnétique push-pull 38 est appliquée à la self à saturation 40 par des enroulements de commande 252, 254 couplés inductivement aux noyaux magnétiques correspondants 236, 238. En détail, les enroulements de commande 252, 254 sont reliés en série entre eux, et ce circuit série est mis aux bornes des résistances de charge 192, 194 de l'amplificateur magnétique push-pull 38.
Des enroulements de feedback 258, 260 couplés inductivement aux noyaux magnétiques 236, 238, assurent un gain plus élevé à la self à saturation 40. Comme représenté, les enroulements de feedback 258, 260 sont reliés en série avec la résistance variable 234, ce circuit série étant mis aux bornes de sortie du redresseur de charge 250.
Les enroulements de feedback 258, 260 sont disposés de telle façon que sur leur noyau correspondant 236, 238, que le courant circulant dans ces enroulements produise, dans les noyaux respectifs 236, 238, un flux qui s'ajoute'au flux produit par le courant circulant dans les enroulements de commande 252, 254, quand la tension de sortie de l'amplificateur magnétique push-pull 38 a la polarité représentée., Les enroulements de feedback 258, 260 produisent donc de la réaction positive pour la self à saturation 40.
Des enroulements de référence 268, 270 sont couplés inductivement aux noyaux correspondants 236, 238, afin d'obtenir, entre l'extrémité supérieure de la résistance variable 234, comme représenté, et le curseur 262, une tension égale à la tension entre les points 264 et 266,quand le courant dans les enroulements de commande 252, 254 de la self à satu-
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ration 40 est nul. Plus exactement, les enroulements de référence 268,270 sont mis en série entre eux et avec les enroulements préférence 102,104,
106, 108 de l'amplificateur magnétique push-pull 32. Ce dernier circuit est mis aux bornes de sortie du redresseur 110. Les enroulements de réfé- rence 268, 270 de la self à saturation 40 sont donc parcourus par un cou- rant en substance constant.
Afin d'empêcher le circuit d'excitation minimum 34 d'envoyer du courant aux enroulements de commande 114, 116, 118, 120 de l'amplifica- teur magnétique push-pull 32, quand la tension entre l'extrémité supérieu- re de la résistance variable 234, comme représenté, et le curseur 262 est plus grande que la tension entre les points 264 et 266,'un redresseur 272 est prévu. Celui-ci connecte une partie déterminée de la résistance variable 234 en parallèle avec les enroulements de commande connectés en série
114, 116, 118, 120 de l'amplificateur magnétique push-pull 32. La tension aux bornes de la partie déterminée de la résistance variable 234 est filtrée dans un filtre 274, de manière à avoir une faible composante alternative et à obtenir un bon fonctionnement du redresseur 272.
La self de filtrage 276 du filtre 274 est calculée de façon à être saturée quand le redresseur 272 commence à être conducteur dans le sens normal du redressement, de façon à réduire ainsi le temps de réponse.
Afin d'utiliser le circuit d'excitation minimum 34, il faut d'abord réaliser quelques mises au point. Par exemple, les résistances varia- bles 203 et 205 doivent être réglées de façon que le débit de chacune dès sections 150 et 152 de l'amplificateur magnétique push-pull 38 soit de 50 pour cent environ. En outre, la résistance variable 131 doit être réglée de façon à obtenir la valeur voulue pour jiXe. L'enroulement secondaire à prise 146 du transformateur de courant auxiliaire 142 doit être réglé de facon à obtenir la valeur voulue pour j(Xe + Xd)i.
La résistance variable 212 est réglée de façon que le flux produit par le courant circulent dans les enroulements de commande à courant alternatif 216, 218, 220, 222, soit, durant la période de rappel de l'opération, égal et opposé au flux produit par le courant circulant dans les enroulements de commande à courant continu 204, 206, 208, 210 quand la tension Ed après la réactance synchrone de la génératrice 10 devance la tension à vide Es de 90 . Le curseur 262 de la résistance 234 doit être réglé de façon que la tension entre le contact du curseur 262 et l'extrémité supérieure de la résistance variable 234, comme représenté, soit égale à la tension entre les points 264 et 266, quand le courant circulant dans les enroulements de commande 252 et 254 de la self à saturation est nul.
Ainsi la tension entre le curseur 262 et l'extrémité supérieure de la résistance 234, comme représenté, est égal à la tension entre les points 264 et 266, quand la tension Ed après la réactance synchrone de la génératrice lo devance de 90 la tension à vide Es.
Le fonctionnement du circuit d'excitation minimum 34 est décrit ci-après. Il est supposé que le réseau électrique est dans un état tel que la tension Ed après la réactance synchrone de la génératrice 10 devance la tension à vide Es de moins de 90 , c'est-à-dire que Es est plus grand que cos i(Xe + Xd).
Le redresseur 214 débite dans ce cas, dans les enroulements de commande à courant continu 204, 206, 208, 210, un courant qui produit, dans les noyaux respectifs 154, 156, 158, 160, un flux supérieur au flux produit par le courant circulant dans les enroulements de commande à courant alternatif 216, 218, 220, 2220
Il est supposé aussi que l'extrémité supérieure de l'enroulement secondaire 146 du transformateur 140, comme représentéseatúneapolarielarité positive par rapport à l'extrémité inférieure, et aussi que les extré-
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mités de gauche des enroulements secondaires 184 et 186 du transformateur 180, comme représenté, ont une polarité positive par rapport à leurs extrémités de droite.
Dans ces conditions, le courant circule de l'extrémité de gauche de l'enroulement secondaire 184,dans l'enroulement de charge 162 de la section 150, le redresseur d'auto-saturation 170, le redresseur de charge 188, la résistance de charge 192 et le redresseur de charge 184, jusqu'à l'extrémité de droite de l'enroulement secondaire 184. Au même instant, le courant circule aussi de l'extrémité de gauche de l'enroulement secondaire 186, par l'enroulement de charge 168 de la section 152, le redresseur d'auto-saturation 176, le redresseur de charge 190, la résistance de charge 194, et le redresseur de charge 190, pour aboutir à l'extrémité de droite de l'enroulement secondaire 186 du transformateur 180.
Durant la même demi-période, quand la tension aux bornes des enroulements secondaires a la polarité représentée, le courant circule aussi du curseur de l'enroulement secondaire 146, par les enroulements de commande à courant alternatif 216, 218, 220, 222, vers l'extrémité inférieure de l'enroulement secondaire 146. Le courant dans les enroulements de commande à courant continu 206, 208, pendant cette partie du cycle, circule dans un sens tel que le flux produit dans les noyaux 156 et 158 correspondants soit opposé au flux produit par les enroulements de commande à courant alternatif associé 218, 220.
Pendant cette période du cycle, le rappel se fait dans les noyaux 156, 158 à un niveau de flux déterminé par les grandeurs relatives des flux produits par les enroulements de commande à courant alternatif 218,220 et les enroulements de commande à courant continu correspondants 206, 208. Comme il était supposé que la tension de réseau Es était supérieure à la quantité cos i(Xe + Xd), la grandeur du flux produit par les enroulements de commande à courant continu 206, 208 est supérieure à celle du flux produit par les enroulements de commande à courant alternatif 218, 220.
Comme le flux résultant produit par l'enroulement de commande à courant continu 208 et l'enroulement de commande à courant alternatif 220 s'ajoute au flux produit par l'enroulement de polarisation 200, et comme le flux résultant produit par l'enroulement de commande à courant à courant continu 206 et l'enroulement de commande à courant alternatif 218 est supposé au flux produit par l'enroulement de polarisation 198, le noyau magnétique 158 est rappelé à un niveau de flux plus bas que le noyau 156.
C'est pourquoi, durant la demi-période suivante de fonctionnement, quand les enroulements de charge 164, 166 sont alimentés, la sortie de la section 150 est supérieure, à celle de la section 1520 Dans le cas considéré, l'extrémité de gauche de la résistance de charge 192, comme représenté, a une polarité positive par rapport à l'ex- trémité de droite de la résistance de charge 194.
Pendant la même demi-période de fonctionnement, quand le curseur de l'enroulement secondaire 146 du transformateur 140 a une polarité positive par rapport à l'extrémité de gauche de l'enroulement secondaire 146,1' excitation* des enroulements de charge 162 et 168 amène les noyaux respectifs 154, 160 à la saturation.
Pendant la demi-période suivant de fonctionnement, quand l'extrémité inférieure da l'enroulement secondaire 146, comme représenté, a une polarité positive par rapport à l'extrémité supérieure, et quand les extrémités de droite de droite des enroulements secondaires 184, 186 du transformateur 180 ont une polarité positive par rapport aux extrémités de gau- che, le courant circule de l'extrémité de droite de L'enroulement secondaire 184, par le redresseur de charge 188, la.¯résistance de charge 192, le
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redresseur de charge 188, le redresseurd auto-satùration'i'2,st l'nrou- lement de charge 164, vers l'extrémité de gauche de l'enroulement secondaire 184.
Pendant cette même demi-période, le courant circule de l'extré-
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mité droite de l'enroulement secondaire 186 du transformateur 180, par le redresseur de charge.190, la résistance de charge 194, le redresseur de charge 190, le redresseur d'auto-saturation 174 et l'enroulement de char- ge 166, vers l'extrémité de gauche de l'enroulement secondaire 186 du transformateur 180. Donc, pendant cette demi-période de fonctionnement, les noyaux 156 et 158 sont amenés à saturation, les valeurs relatives des tensions aux bornes des résistances de charge 192, 194 étant déterminées par les niveaux de rappel des deux noyaux 156, 158 dans la demi-période de fonctionnement précédente.
Pendant la même demi-période de fonctionnement, quand l'extré- mité inférieure de l'enroulement secondaire 146 du transformateur 140, comme représenté, a une polarité positive par rapport à son extrémité su- périeure, le courant dans les enroulements de commande à courant alterna- tifcircule dans un sens tel que le flux qu'il produit dans les noyaux
154, 160 soit opposé au flux produit par le courant circulant dans les enroulements de commande à courant continu respectifs associés 204, 210.
Pendant cette demi-période de fonctionnement, les noyaux 154, 160 sont rappelés à un niveau de flux déterminé par les grandeurs relatives des flux produits par les enroulements de commande à courant alternatif 216, 222 et les enroulements de commande à courant continu respectifs associés 204, 210. Comme il était supposé que la tension de réseau Es était supérieure à la quantité cos i(Xe + Xd), le flux résultant produit par 1' enroulement de commande à courant alternatif 216 et l'enroulement de commande à courant continu 204 est opposé au flux produit par l'enroulement de polarisation 196. De même, le flux résultant produit par l'enroulement de commande à courant alternatif 222 et l'enroulement de commande à courant continu 210 s'ajoute au flux produit par l'enroulement de polarisation 202.
De cette manière, le noyau magnétique 160 est rappelé à un niveau de flux plus bas que le noyau 154. Donc, dans les mêmes conditions considérées, la tension de sortie de la section 150 est plus grande que celle de la section 152, quand les enroulements de charge 162 et le.8 sont excités. On obtient évidemment le même résultat que durant la demi-période précédente, quand les enroulements de charge 164,166 sont excités.
Puisque, dans les conditions ci-dessus, l'extrémité de gauche de la résistance de charge 192, comme représenté, a une polarité positive par rapport à l'extrémité de droite de la résistance de charge 194, le courant dans les enroulements de commande 252,254 de la self à saturation 40 circule dans un sens tel que le flux produit dans les noyaux respectifs 236,238 s'ajoute au flux produit par le courant circulant dans les enroulements de référence correspondants 268,270. La différence de potentiel entre le curseur 262 et l'extrémité supérieure de la résistance 234, comme représenté, est donc supérieure à la tension entre les points 264 et 266.
Dans ces conditions, le redresseur 272 bloque la tension aux bornes de la résistance 234 et le circuit d'excitation minimum 34 n'a pas d'effet sur l'amplificateur magnétique push-pull 32 qui fait partie du circuit fermé de régulation 30, et celui-ci continue à maintenir la tension débitée par la génératrice 10 en substance constante.
Comme précité, quand la tension Ed après la réactance synchrone de la génératrice 10 devance de 90 la tension de réseau Es, le flux produit dans les différents noyaux par les enroulements de commande à courant alternatif 216, 218,220 et 222 est égal au flux produit dans les noyaux correspondants par les enroulements de commande à courant continu 204, 206, 208, 210. Dans l'état considéré, la tension de sortie de l'am- plificateur magnétique push-pull 38 est nulle, et en substance aucun courant ne traverse les enroulements de commande 252, 254 de la self à saturation 40.
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Si au contraire,la tension Ed après la réactance synchrone de la génératrice 10 augmente son angle de déphasagede façon à devancer la tension de réseau Es de plus de 90 , le flux produit par les enroulements de commande à courant alternatif 216, 218, 220, 222 est supérieur au flux produit par les enroulements de commande à courant continu 204, 206, 208, 210 dans les différents noyaux. Dans ce cas, les noyaux 154 et 156 sont, pendant, leurs périodes de rappel respectives, ramenés; à un niveau de flux plus bas que les noyaux 158 et 160 durant leurs périodes de rappels respectives. Le débit de la section 152 est donc supérieur au débit de la section 150, dans les conditions considérées.
L'extrémité de droite de la résistance de charge 194, comme représenté, a une polarité positive par rapport à l'extrémité gauche de la résistance de charge 192, par conséquente Le courant circule donc de l'extrémité droite de la résistance de charge 194, par les enroulements de commande 254, 252 de la self à saturation 40, pour aboutir à l'extrémité gauche de la résistance de charge 192. Le courant circulant dans les enroulements de commande 254, 252 produit, dans les noyaux 238,236, un flux opposé au flux produit dans les mêmes noyaux par les enroulements de référence 270, 268. Ceci a pour effet de diminuer la tension entre le curseur 262 et l'extrémité supérieure de la résistance 234, comme représenté, jusqu'à une valeur inférieure à la tension entre les points 264 et 266.
Ceci, à son tour, a pour effet de shunter une partie du courant de commande débité par le resresseur 122, à travers la résistance 234. C'est-à-dire que, lorsque la tension entre le curseur 262 et l'extrémité supérieure de la résistance 234 descend encore plus sous la valeur de- la tension entre les points 264 et 266, une plus grande partie du courant de commande contourne les enroulements de comman-- de 114, 116, 118, 120 de l'amplificateur magnétique push-pull 32 du circuit fermé de régulation 30.
Quand le courant diminue dans les enroulements de commande 114, 116, 118, 120 de l'amplificateur magnétique push-pull 32, le débit de la section 46 de l'amplificateur 32 augmente et le débit de la section 48 di- minue. Ceci augmente le courant passant dans l'enroulement d'excitation de survoltage 28 de l'excitatrice 20 et augmente le courant dans l'enroulement d'excitation de sous-voltage 26. L'augmentation du courant dans l'enroulement d'excitation de survoltage 28 a pour effet d'augmenter le courant circulant dans l'enroulement inducteur 12 de la génératrice 10, de façon à empêcher le décrochage de la génératrice 10.
Il va de soi que, si la génératrice 10 est remplacée par une génératrice à pôles saillants (non représenté), l'angle de déphasage entre Ed et Es peut dépasser 90 avant décrochage. Les éléments représentés aux figures lA et 1B peuvent être réglés de façon à avoir une limite d'excitation minimum basée sur un angle de plus de 90 , si on utilise une génératrice à pôles saillants.
L'appareil décrit ci-dessus sert à maintenir une limite d'excitation minimum statique. Il va de soi qu'en retardant la mesure du courant débité par la génératrice 10 pris à la phase 2, ou en devançant la mesure de la tension aux bornes de la génératrice, prise entre phases 1 et 3, l'appareil représenté peut être utilisé pour maintenir une limite d'excitation minimum dynamique, L'appareil de la présente invention présente plusieurs avantages.
Par exemple, le fonctionnement du circuit limiteur d'excitation minimum 34 n'est pas influencé par la température de l'air environnant l'enroulement inducteur 12 de la génératrice 10, comme c'était le cas avec beaucoup d'an- ciens circuits limiteurs d'excitation minimum. En outre, la limite d'excitation minimum statique de la génératrice 10 peut changer de valeur très
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rapidement en déplaçant simplement le curseur de la résistance variable 131 et en réglant convenablement la prise de l'enroulement secondaire 146 du transformateur de courant auxiliaire 142.
D'autre part, la limite d'excitation minimum de la génératrice 10 ne varie pas malgré les variations de la tension du réseau Es dues, par exemple, aux variations de la charge de la génératrice, 10, ou parce que le nombre de génératrices connectées (non représenté) au réseau change. Il faut noter aussi que le circuit limiteur d'excitation minimum 34 est composé d'éléments statiques. Les problèmes d'entretien'sont donc réduits au minimum. En outre, la sensibilité limiteuse du circuit d'excitation minimum est en substance constante.
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R E V E R D I C A T T 0 N S.
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Dispositif de commande de limite d'excitation minimum de généra- trice à courant alternatif ; comprenant un circuit de sens dont le débit est une mesure de la tension du réseau et une mesure de la somme de la chute réactive externe du réseau électrique et de la chute de tension réactive synchrone de la génératrice, un amplificateur magnétique push-pull ayant des enroulements de charge, des enroulements de commande à courant continu et des enroulements de commande à courant alternatif, les enroulements de charge répondant à la dite mesure de la tension du réseau, les enroulements de commande à courant alternatif coopérant avec les enroulements de charge et répondant à la dite mesure de la somme des chutes de tension réactives,
et les enroulements de commande à courant continu étant en opposition avec les enroulements de commande à courant alternatif et répondant à la dite mesure de la tension du réseau, et d'autres circuits pour exciter l'enroulement inducteur de la génératrice par le courant circulant, dans les enroulements de charge de l'amplificateur magnétique push-pull, une fois que les grandeurs relatives du dit courant ont atteint une valeur déterminée.