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ï.*&!& àïaïte9aa:r 490c *É638±±âa;é à *tr-e accouplé à une machine motrice à vitesse largement variable, comme on en utilis sur les véhicules ou les avions et dont la vitesse peut varier dans des proportions de 1 à 3 et même de 1 à 4.
L'alternateur de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison deux machines à induction poly- phasées dont les rotors sont calés sur l'arbre de commande, les enroulements de rotor étant connectés entre eux en étoile tandis que les enroulements de stator sont reliés en série, les
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extrémités libres de l'enroulement de stator de la première machine sont reliées en étoile, les extrémités libres de l'en- roulement de stator de la seconde machine sont reliées au réseau, la tension et la fréquence de réseau sont commandées par une source à fréquence constante de faible débit, le courant magnéti- sant de l'alternateur est fourni par l'intermédiaire d'un trans- formateur saturé commandé par des systèmes Ferrari disposés entre l'alternateur et le transformateur saturé,
l'axe de symétrie de l'enroulement de stator de la première machine est décalé d'un angle déterminé par rapport à l'axe de l'enroulement du second stator, et le premier stator est pourvu d'un enroulement de pré- saturation alimenté par une génératrice-tachymètre montée sur l'arbre de commande qui débite une tension proportionnelle à la vitesse du rotor et par le réseau qui débite sa-tension propre en opposition à la tension du tachymètre.
Une forme d'exécution de l'invention est représentée, à titre d'exemple, aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est unschéma de connexion élémentaire de l'alternateur de l'invention.
La figure 2 montre un détail de construction, et la figure 3 est un diagramme vectoriel de l'alternateur.
Comme la figure 1 le montre, l'alternateur comprend deux machines à induction G1 et G2, de préférence de mêmes dimen- sions. Leurs rotors sont calés sur un arbre entraîné par une machine motrice 30 à vitesse variable. Les enroulements de rotor 3 et 4 sont reliés entre eux en étoile.- Les enroulements de stator 5 et 9 sont reliés en série, avec l'enroulement 9 en étoile et les extrémités libres de l'enroulement 5 reliées à la ligne de l'impédance de charge Z. Le stator de la machine G1 peut tourner par rapport au stator de la machine G2, de manière que le champ inducteur de l'enroulement 9 puisse être décalé par rapport au champ inducteur de l'enroulement 5. Un enroulement de
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présaturation 10 est prévu dans le stator de la machine G1.
L'enroulement secondaire 7 d'un transformateur saturé
T2 est connecté à la ligne, en parallèle avec l'alternateur.
L'enroulement primaire 6 est connecté à une batterie de condensa- teurs C. Le rapport de transformation peut être varié à l'aide d'un enroulement de saturation 8.
La tension et la fréquence de ligne sont maintenues constantes au moyen d'une source de fréquence 1 à faible débit.
La tension de la source est appliquée à l'alternateur par l'in- termédiaire d'un transformateur saturé T1 à enroulement primaire
12 et enroulement secondaire 2. Le rapport de transformation est réglable à l'aide d'un enroulement de saturation 11.
Un mesureur de phase 20, 21 estplacé entre l'alterna- teur et le transformateur T2. Dans l'exemple donné, on utilise un phasemètre diphasé Ferraris. Celui-ci entraîne le curseur d'un potentiomètre circulaire 19 mis en série avec l'enroulement de saturation 8 du transformateur T2 et une résistance de réglage
18. Le circuit de l'enroulement 8 reçoit son courant de la ligne par l'intermédiaire d'un redresseur 14. L'enroulement 11 est ali- menté par le même redresseur 14, par l'intermédiaire d'une résis- tance de réglage 17 qui sert à régLer le niveau de tension de la 'ligne.
Une petite génératrice tachymètre synchrone 16 est calée sur l'arbre de l'alternateur. Son enroulement de stator est relié par l'intermédiaire d'un redresseur 13, à un enroulement de satu- ration 10. La tension redressée de la génératrice tachymètre et la tension redressée de ligne agissent, en série et en opposition, sur l'enroulement 10, le courant dans le circuit étant réglé à l'aide d'une résistance variable 15.
Comme la figure 2 le montre, l'enroulement de saturation 10 de la machine G1 est logé dans des encoches 52 pratiquées dans le stator, radialement à l'extérieur des encoches 51 contenant
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l'enroulement de stator 9. Les encoches 52, de forme rectangulaire, sont réparties suivant un pas double de celui des encoches 51.
Chaque encoche 52 contient une bobine de l'enroulement 10, chaque bobine étant enroulée sur un noyau 53. Ces noyaux consistent en tôles d'acier pour transformateur s'étendant axialement dans l'en- coche 52 sur toute la longueur du' stator. Les noyaux 53 ont la largeur des vides 55 entre deux encoches 52 et ont le double de la largeur d'un vide entre une encoche 51 et une encoche 52. De cette manière, les chemins magnétiques suivis par le flux du stator dans le noyau 50 sont également saturés par l'enroulement 10 qui a une influence sur la self-induction de l'enroulement 9.
Le fonctionnement de l'alternateur est conforme au diagramme vectoriel de la figure 3 et est exposé ci-après.
E5 est la tension induite dans l'enroulement 5, E9 la tension induite dans l'enroulement 9, E5 et E9 étant en phase.
La somme de E5 et de E9. est la tension totale induite de l'alterna- teur. Les chutes de tension par pertes résistives et par ré- actances de fuite dans les enroulements 5 et 9 sont respectivement I5. Rs et I5Xs.
Rs et Xs sont les sommes des valeurs des machines G1 et G2. La tension de ligne E est obtenue en soustrayant ces chutes de tension de stator de la tension induite de stator.
A la figure 3, le courant de charge est supposé en phase avec la tension de ligne. En ajoutant au courant de charge le courant magnétisant I et les pertes dans le fer Iv, on obtient le courant I5 de l'alternateur.
Le courant de rotor I4 est égal et opposé à la somme du courant de charge I et des pertes dans le fer Iv. Là chute de tension par résistance dans le rotor est égale à I4.Rr et celle par réactance de fuite égale à I4.Xr. R.- et X sont les sommes r r r des valeurs des machines G1 et G2. La tension de rotor E4 induite dans la machine G2 est en opposition avec la tension de stator E5.
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La tension de rotor E3 induite dans la machiné G1 est en opposition avec la tension de stator Eg, mais déphasée de l'angle Ó par décalage mécanique du stator G1 par rapport au stator G2 de l'an- gle voulu. L'angle d et l'amplitude de E9 doivent être réglés de façon que la somme de E3 et de E4 soit égale à la somme des chutes de tension de rotor I4.Rr+ I4.Xr. La chute de tension due à la réactance de fuite de rotor I4.Xr et les tensions induites de rotor E3, E4 sont proportionnelles à la vitesse sursynchrone de l'alternateur. La chute de tension par résistance de rotor I4.Rr ne varie que dans d'étroites limites quand la vitesse sursynchrone varie. A des vitesses faiblement sursynchrones, 1$angle 0( et l'am- plitude de E3 doivent être fortement variés.
A des vitesses sur- synchrones plus élevées, l'angle Ó reste pratiquement constant et il suffit de varier un peu l'amplitude de Er,respectivement E9, à l'aide de l'enroulement de saturation 10.
L'alternateur doit donc être calculé de façon que la gamme de vitesses faibles dans laquelle l'angle ci varie fortement, ne constitue que quelques pour cent de la gamme de vitesses totale. Au-dessus de cette petite gamme de vitesses faibles, l'angle d reste constant et la tension E9 varie automatiquement sous l'effet de l'enroulement de saturation 10 qui est commandé par la différence de tension entre la tension de ligne venant du redresseur 14 et la tension tachymétrique venant du redresseur 13.
Le courant est amené à sa juste valeur dans le circuit au moyen de la résistance variable 15.
La tension de ligne se règle au moyen de l'enroulement de saturation 11 du transformateur T1 et la résistance 15. La tension E5 de la machine G2 est la différence entre la tension de ligne et la tension E9.
Les appareils Ferraris 20, 21 sont couplés mécaniquement au potentiomètre circulaire 19 de telle façon que, lorsque la charge Z est inductive, une plus grande partie de la résistance 19
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soit en circuit que dans le cas d'une charge Z purement résistive, et, lorsque la charge Z est capacitive, une plus petite partie de la résistance 19 soit en circuit que dans le cas d'une charge Z purement résistive. Dans le cas d'une charge purement résistive, le courant de l'enroulement de saturation 8 est réglé à l'aide de la résistance 18 de telle façon que le transformateur T2 ne débite que le courant magnétisant de l'alternateur provenant de la batterie de condensateurs C.
L'alternateur ne comporte aucun contact à frottement, comme des collecteurs ou des bagues, et il supporte aisément les charges. Son poids n'est pas supérieur à celui d'une géné- ratrice asynchrone avec commutatrice auxiliaire.
Un réglage précis de la tension de ligne est obtenu en commandant la résistance 17 par un régulateur- de tension or- dinaire.
Le schéma de l'alternateur décrit peut être varié dans le cadre de la présente invention.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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ï. * &! & ïaïte9aa: r 490c * É638 ± ± âa; é à * tr-e coupled to a driving machine with widely variable speed, as is used on vehicles or airplanes and whose speed may vary in proportions from 1 to 3 and even from 1 to 4.
The alternator of the invention is characterized in that it comprises in combination two poly-phased induction machines whose rotors are wedged on the control shaft, the rotor windings being connected to each other in a star while the windings stator are connected in series, the
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free ends of the stator winding of the first machine are star connected, the free ends of the stator winding of the second machine are connected to the grid, the grid voltage and frequency are controlled by a source at constant frequency of low flow, the magnetizing current of the alternator is supplied by means of a saturated transformer controlled by Ferrari systems arranged between the alternator and the saturated transformer,
the axis of symmetry of the stator winding of the first machine is offset by a determined angle with respect to the axis of the winding of the second stator, and the first stator is provided with a pre-saturation winding powered by a generator-tachometer mounted on the control shaft which delivers a voltage proportional to the speed of the rotor and by the network which delivers its own voltage in opposition to the voltage of the tachometer.
One embodiment of the invention is shown, by way of example, in the accompanying drawings, in which:
FIG. 1 is a basic connection diagram of the alternator of the invention.
Figure 2 shows a construction detail, and Figure 3 is a vector diagram of the alternator.
As FIG. 1 shows, the alternator comprises two induction machines G1 and G2, preferably of the same dimensions. Their rotors are wedged on a shaft driven by a drive machine 30 at variable speed. The rotor windings 3 and 4 are connected to each other in a star - The stator windings 5 and 9 are connected in series, with the winding 9 in a star and the free ends of the winding 5 connected to the line of the load impedance Z. The stator of the machine G1 can rotate relative to the stator of the machine G2, so that the inductive field of the winding 9 can be offset with respect to the inductive field of the winding 5. A winding of
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presaturation 10 is provided in the stator of the machine G1.
Secondary winding 7 of a saturated transformer
T2 is connected to the line, in parallel with the alternator.
The primary winding 6 is connected to a capacitor bank C. The transformation ratio can be varied using a saturation winding 8.
The line voltage and frequency are kept constant by means of a low rate frequency 1 source.
The voltage of the source is applied to the alternator via a saturated transformer T1 with primary winding
12 and secondary winding 2. The transformation ratio is adjustable using a saturation winding 11.
A phase meter 20, 21 is placed between the alternator and the transformer T2. In the example given, a two-phase Ferraris phasemeter is used. This drives the cursor of a circular potentiometer 19 placed in series with the saturation winding 8 of transformer T2 and an adjustment resistor
18. The circuit of the winding 8 receives its current from the line via a rectifier 14. The winding 11 is supplied by the same rectifier 14, via a resistor. setting 17 which is used to regulate the voltage level of the line.
A small synchronous tachometer generator 16 is mounted on the alternator shaft. Its stator winding is connected via a rectifier 13 to a saturation winding 10. The rectified voltage of the tachometer generator and the rectified line voltage act, in series and in opposition, on the winding. 10, the current in the circuit being regulated by means of a variable resistor 15.
As FIG. 2 shows, the saturation winding 10 of the machine G1 is housed in notches 52 made in the stator, radially outside the notches 51 containing
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the stator winding 9. The notches 52, of rectangular shape, are distributed at a pitch double that of the notches 51.
Each notch 52 contains a coil of winding 10, each coil being wound on a core 53. These cores consist of transformer steel sheets extending axially in the notch 52 along the entire length of the stator. The cores 53 have the width of the voids 55 between two notches 52 and are twice the width of a void between a notch 51 and a notch 52. In this way, the magnetic paths followed by the flux of the stator in the core 50 are also saturated by winding 10 which has an influence on the self-induction of winding 9.
The operation of the alternator is in accordance with the vector diagram of FIG. 3 and is explained below.
E5 is the voltage induced in winding 5, E9 the voltage induced in winding 9, E5 and E9 being in phase.
The sum of E5 and E9. is the total induced voltage of the alternator. The voltage drops by resistive losses and by leakage reactors in the windings 5 and 9 are respectively I5. Rs and I5Xs.
Rs and Xs are the sums of the values of machines G1 and G2. Line voltage E is obtained by subtracting these stator voltage drops from the induced stator voltage.
In Figure 3, the load current is assumed to be in phase with the line voltage. By adding to the load current the magnetizing current I and the losses in the iron Iv, we obtain the current I5 of the alternator.
The rotor current I4 is equal and opposite to the sum of the load current I and the losses in the iron Iv. The voltage drop by resistance in the rotor is equal to I4.Rr and that by leakage reactance equal to I4.Xr. R.- and X are the sums r r r of the values of machines G1 and G2. The rotor voltage E4 induced in the machine G2 is in opposition to the stator voltage E5.
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The rotor voltage E3 induced in the machine G1 is in opposition to the stator voltage Eg, but out of phase by the angle Ó by mechanical offset of the stator G1 with respect to the stator G2 by the desired angle. The angle d and the amplitude of E9 must be set so that the sum of E3 and E4 is equal to the sum of the rotor voltage drops I4.Rr + I4.Xr. The voltage drop due to the rotor leakage reactance I4.Xr and the induced rotor voltages E3, E4 are proportional to the oversynchronous speed of the alternator. The voltage drop through rotor resistance I4.Rr varies only within narrow limits when the oversynchronous speed varies. At weakly oversynchronous speeds, 1 $ angle 0 (and the amplitude of E3 must be highly varied.
At higher supersynchronous speeds, the angle Ó remains practically constant and it is sufficient to vary the amplitude of Er, respectively E9, a little with the aid of the saturation winding 10.
The alternator must therefore be calculated in such a way that the range of low speeds in which the angle ci varies greatly, constitutes only a few percent of the total speed range. Above this small range of low speeds, the angle d remains constant and the voltage E9 varies automatically under the effect of the saturation winding 10 which is controlled by the voltage difference between the line voltage coming from the rectifier. 14 and the tachometric voltage coming from the rectifier 13.
The current is brought to its fair value in the circuit by means of the variable resistor 15.
The line voltage is adjusted by means of the saturation winding 11 of the transformer T1 and the resistor 15. The voltage E5 of the machine G2 is the difference between the line voltage and the voltage E9.
The Ferraris devices 20, 21 are mechanically coupled to the circular potentiometer 19 such that when the load Z is inductive, a greater part of the resistance 19
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either in circuit than in the case of a purely resistive load Z, and, when the load Z is capacitive, a smaller part of the resistor 19 is in circuit than in the case of a purely resistive load Z. In the case of a purely resistive load, the current of the saturation winding 8 is adjusted using the resistor 18 so that the transformer T2 only outputs the magnetizing current of the alternator coming from the battery of capacitors C.
The alternator has no friction contacts, such as manifolds or rings, and it easily supports loads. Its weight is not greater than that of an asynchronous generator with auxiliary switch.
Precise adjustment of the line voltage is achieved by controlling resistor 17 through a standard voltage regulator.
The diagram of the alternator described can be varied within the framework of the present invention.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.