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Il est déjà connu, pour de petites centrales à courant alternatif qui doivent fournir la puissance nécessaire pour une consommation locale réduite, d'utiliser des générateurs synchro- nes qui sont réalisés spécialement afin de maintenir constante la tension de sortie, indépendamment des variations da charge, sans l'aide d'un régulateur de vitesse particulier agissant sur l'excitation du générateur.
Le maintien de la constance de la tension de sortie est obtenu en utilisant une excitation ou une magnéto qui reçoit le courant' de charge du générateur par exemple dans un enroulement compound spécial et qui fournit un courant d'excitation, fonction de ce courant, à l'inducteur du générateur
Ce principe a été mis en oeuvre de diverses façons, variant
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entre elles, mais dont aucune ne s'est révélée totalement satis-
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faisante, en particulier parce qu'elles uiltr,,tlnunt,11 introduction de dispositifs supUl:,m;nt,ni.w: à bagues de commutateur ou do contact pour l':;jmn.u uu la prise du courant.
L'invention est relative à une ..iLlcl1inu synchrone ccci- pound, à pôles intérieurs, perfectionnée, qui ot.t arJa.ntÂ,.u:,er.n.t envisagée c#tll1le générateur synchrone, mais Ór:;J18..ent éventuellement moteur synchrone à : uto-exci Lfztion, aont l'excitatri- ce engendre son courant continu de sortie destiné à l'excitation de la machine synchrone uniquement par transformation d'un cou- rant alternatif provenant d'un enroulement d'induit de la rachi- ne synchrone.
Cette machine synchrone est caractérisée en ce que l'excitatrice est constituée par des réactances inductives ou résistives connectées entre elles et un commutateur fixe par rapport à celles-ci et dont les segments sont reliés aux extré- mités des réactances, ainsi que par une lunette de porte-bals coopérant avec le commateur et en que l'excitatrice présente des connexions fixes d'une part, directement ou par l'intermé- diaire de transformateurs, avec l'enroulement d'induit de la ma- chine synchrone en au moins un point pour chaque phase dans le but de transmettre un courant alternatif à partir de la machine synchrone aussi bien à vid qu'en charge, et d'autre par directe ment avec le circuit d'excitation de la Machine synchrone poui? lui transmettre du courant continu,
le commutateur et la lunette de porte-balais étant connectés soit entru les connexions fixes
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ca'" 01', le comrmt.ateur avec les r=rcctances d'amenée du courant continu et les J:0....LC'tWJ.CcS ,/ ::>1. fixe par rapport au bâti de la ;aachine et la lunette de porte-balais est rotative et couplée mécaniquement à l'arbre de la machine afin d'êtr- entraîné par celui-ci, soit en'.ce les connexions fixes avec l'enroulement d'induit de la machine synchrone et les réac- tances, cas où le commutateur tourne avec les réactances et est couplé mécaniquement à l'arbre de la machine, la lunette de porte-
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balais étant fixe par .rapport au bâtde de la , machine-.
Par comparaison avec les générateurs synchrones connus,, qui maintiennent la tension de sortie elle-même constante, la ma- chine synchrone suivant l'invention est caractérisée en ce qu'en dehors d'un commutateur avec la lunette de porte-balais corres- pondante, elle ne comprend, dans ses circuits de courants d'exci- tation et d'induit, que des connexions fixes grâce à quoi les in- convénients résultant des dispositifs à bagues de contact s. - plémentaires sont totalement éliminés.
D'autres détails et particularités de la présente inven- tion.ressortiront de la description de diverses formes de réali- sation de la machine synchrone suivant l'invention, donnée ci- après à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux des- sins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est un schéma complet d'une première forme de réalisation, qui représente aussi bien la machine synchrone proprement dite que son excitatrice.
Les figures 2 et 4 sont des schémas de trois autres formes de réalisation, l'excitatrice et les connexions à la machi- ne synchrone étant uniquement représentées dans les figures 3 et 4..
A la figure 1, la machine synchrone est représentée en 1, la dite machine comprenant un stator sur lequel est prévu un induit à trois phases 2, et un rotor qui porte les pôles d'ai- mant de la machine synchrone avec son enroulement exitateur 3.
La machine synchrone correspond, en ce qui concerne la disposition des enroulements sur le stator ou le rotor, avec la disposition générale des machines synchrones usuelles. L'excitatrice de la machine synchrone est représentée en 4 et est constituée en général par un stator composé de deux pièces concentriques, la pièce intérieure étant munie d'un enroulement d'induit 5 et l'extérieu-.
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re d'une enroulement compound 6, la première étant raccordée à un commutateur fixe 7. Le stator complet, avec le commutateur 7, doit être réglable sous divers angles autour de l'arbre de la machine. La seule partie, tournante de l'excitatrice est une lu- nette de porte-balais 8 coopérant avec le commutateur 7 et qui est fixée sur l'arbre de rotor 9 de la machine synchrone.
La lunet- te de porte-balais comprend, dans sa forme de réalisation repré- sentée, quatre balais (ou groupes de balais), chaque paire de balais diamétralement opposés étant reliés entre eux et à l'une des deux connexions à courant contrai 10, qui conduisent le cou- rant continu provenant du commutateur et des balais à l'enrou- lement excitateur 3 de la machine synchrone 1.
L'enroulement d'induit 5 de l'excitatrice 4 est connec- té, comme un enroulement triphasé, par des conducteurs 11, en trois points fixes avec des dérivations fixes de chaque phase de l'enroulement d'induit.2. L'enroulement compund 6 est également prévu en tant qu'enroulement triphasé, et chacune de ses phases est reliée à l'extrémité d'une des phases de l'enroulement d'in- duit 2 de la machine synchrone 1, qui serait raccordée au point neutre dans un enroulement d'induit connecté en étoile.
A la figure 1, l'enroulement compound 1 est représenté sous forme d'enroulement sans fin', auquel sont raccordés trois conducteurs points 12, connectés à l'enroulement 2 de la machine synchrone, en trois/ disposés à 120 l'un de l'autre, c'est-à-dire que l'enroulement compound 6 est représenté connecté en D. En pratique, une conne- xion, en étoile de l'enroulement 6 est cependant préférable, car, où chaque phase de l'enroulement d'induit 2 est connecté en paral- lèle avec une des phases de l'enroulement compound 6 entre le point neutre de la charge et le point neutre de l'enroulement 6.
Afin d'expliquer le mode de fonctionnement de la machi- ne décrite, l'on admettra que la machine fonctionne en générateur,
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A vide ,l'on obtient dans l'excitatrice 4 un champ tournant, car la tension induite dans la partie de chaque phase de l'enroule- ment d'induit 2 du générateur 1 qui se trouve entre la dérivation fixe pour le conducteur 11 correspondant et le point d'extrémité auquel est raccordée la connexion correspondante 12, partie qui peut par exemple comprendre une seule bobine de 1'enroulement d'induit, provoque la circulation d'un courant dans l'enroulement d'induit 5 de l'excitatrice et également dans l'enroulement compound 5 Grâce à ce champ tournant, une tension alternative est induite dans l'enroulement d'induit fixe 5,
tension qui est transmise par l'intermédiaire du commutateur fixe 7 et la lunette de porte-balais 8 tournant en synchronisme avec le champ, et en fait, en principe, exactement de la même façon que dans un convertisseur à -induit., unique. Lors de la mise en charge du générateur 1, le courant de charge, par suite de la connection en série de chaque phase de l'enroulement d'induit 2 du générateur 1 avec la phase correspondante de l'enroulement compound 6 de l'excitatrice 4, circule dans l'enroulement compound. Il en résul- te une composante supplémentaire de champ magnétique tournant dans l'excitatrice 4 (avec un déphasage déterminé par rapport au champ engendré par le courant à vide), et par conséquent une augmenta- tion de la tension de sortie de l'excitatrice.
Afin que le courant d'excitation, qui est recueilli par la lunette de porte-balais 8, puisse être calculé de telle sorte que l'on obtienne, pour une charge quelconque, l'excitation correcte du générateur, afin de maintenir une tension constante au point d'utilisation désiré, avec ou sans sur - ou .sous-compoundage, l'excitatrice doit être réglable. Il existe plusieurs possibilités de mise en oeuvre d'un tel réglage. Dans les conducteurs 12 peuvent être connectées des résistances téglables 13 , grâce auxquelles la valeur du courant et ainsi le champ tournant dans l'excita- trice peuventre réglés. Des résistances variables 14 peuvent également être éventuellement connectées dans les conducteurs 11.
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De plus, le stator extérieur, qui porte l'enroulement compound 6 peut être mobile axialement par rapport au stator interne. De cette façon, l'on obtient, pour une amplitude donnée, invariable, du champ tournant, une modification proportionelle au déplacement du champ total et ainsi des tensions induites dans l'enroulement d'induit 5 sur le stator interne. Une troisième possibilité de réglage du degré de compoundage de l'excitatrice consiste à déplacer les balais, ce qui est obtenu le plus simplement par rotation du stator conjointement avec le commutateur 7. Il en de l'excitatrice résulte un déplacement angulaire entre le champ tournant/et la lunette de porte-balais 8 tournant en sychronisme avec celui-ci, c'est-à-dire que l'effet est le même que pour un déplacement des balais dans une dynamo à pôles magnétique fixe et lunette de porte-balais fixe.
Etant donné qu'il peut se produire des variations du facteur de puissance de la charge du générateur, il est de plus désirable de pouvoir régler l'excitatrice,. afin que le degré de compoundage du générateur puisse être adapté à ces variations. L'on obtient ceci en permettant au stator externe de l'excitatrice de tourner autour de l'arbre de machine par rapport au stator interne dans un secteur angulaire déterminé
La forme de réalisation de l'excitatrice 4 décrite ci-avant, où le stator est constitué par deuarties de stator concentriques, est nécessaire pour pouvoir obtenir les possibilitées de réglage précitées par-déplacement axial et réglage angulaire du stator externe.
Si l'on abandonne .ces possibilités, on peut alors réali- ser le stator en une pièce sur laquelle sont placées l'enroulement compound 6 et l'enroulement d'induit 5 dans des encoches périphé- riques décalées les unes par rapport aux autres.
On obtient en principe le même mode de fonctionnement du générateur synchrone que décrit ci-avant avec le dispositif représenté à la figure 2. Le générateur synchrone n'est ici in- diqué que par,son enroulement d'induit 2, dont les connexions . @ d'extrémités ne sont représentées en entier que pour une phase.
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Comme cette figure l'indique, l'enroulement est réalisé sous forme d'enroulement de transition. L'excitatrice 15 est munie, à la place d'enroulements correspondant aux enroulements 5 et 6 de l'excitatrice 4 de la figure 1, d'un certain nombre de résis- tances 16 ( représentées en partie seulement), qui sont connectées entre elles et aux segments d'un commutateur 17 1,.mobile mais pouvant être déplacé autour de l'arbre de la machine, par exemple de la même façon que les bobines de l'enroulement 5 de la figure
1, afin de servir de diviseur de tension triphasé.
Etant donné que l'excitatrice, pour pouvoir fonctionner, ne dépend pas d'une induction magnétique, les résistances peuvent être disposées sur un support ayant une forme quelconque appropriée, quoiqu'il soit pratique de choisir un support de forme cylindri que. Une lunette de porte-balais 8 coopère avec le commutateur, lunette qui est fixée sur l'arbre de rotor 19 du générateur synchrone et dont les balais sont reliés directement, par deux conducteurs à cou- rant continu 20, à l'enroulement excitateur du générateur.
Les résistances 16 sont de plus connectées aux trois phases de l'en- roulement d'induit du générateur par l'intermédiaire de trois .' conducteurs 21, les points de raccordement des résistances étant choisis de telle sorte que les résistances se trouvant entre deux quelconques de ces points aient la'même valeur et forment trois phases. Les dérivations de l'enroulement d'induit du géné- rateur, qui sont nécessaires, comme dans le cas de la figure 1, pour obtenir une excitation à vide, sont disposées, à la figure 2, après la première bobine de la phase correspondante et reliées aux résistaneâs variables 22 qui sont connectées entre elles en un point neutre et l'autre extrémité de chacune de ces bobines est directement connectée à l'une des connexions à courant alter- natif de l'excitatrice 15.
Le couranttriphaséqui est appliqué aux résistances 16 à partir de 1' enroulement d'induit du générateur, est redressé au moyen du commutateur 17 et de la lunette de porte-balais 18
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afin d'être transmis aux conducteurs 20 et, par conséqueent à l'enroulement excitateur du générateur sous farine de courant continu. La valeur de ce courant continu est proportionelle au courant triphasé, c' est-à-dire à la charge du générateur.
En fonctionnement à. vi de, If on nbbtient le courant destins à l'Excitation du générateur/- partir de la première bobine pré citée de chaque phase, car il passe par le conducteur 21 corres- pondant et parvient, par l'intermédiaire d'une phase du diviseur de tension 16 de l'excitatrice 15, à son point netre et ensuite par le point neutre du générateur et la résistance variable 22 correspondante, à la dérivation vers la première bobine.
Avec u... , charge progressivement croissante du générateur, le rotor de celui-ci ournant dans le sens de la flèche, la résultante du flux principal et de la réaction de l'induit sera déplacée dans le sens apposé à celui de la rotation. Ceci s'explique par le fait que quand chaque groupe de bobines est constitué par plusieurs bobines en plus de cella qui engendre la flux principal(dans l'exemple représenté quatre sobines en tout), et que ces bobines supplémentaires sont disposées sur la périphérie du stator de telle façon qu'elles soient recoupées par les lignes de champ provenant des plaques polaires du rotor, le flux résultant est d'autant plus repoussé en sens inverse de celui de rotation du rotor que la charge augmente.
Le résultat en est un accrois- sement de tension et un réglage correct du flux tournant au stator par rapport à la position choisie des balais. L'importance de cet effet dépend de la répartition de la bobine et peut encore être augmentée en utilisât un enroulement de symmétri à demi- encoche. A la figure 2, le déplacement est indiqué par l'angle Ó entre un rayon passant par le point médian de la bobine en- gendrant le champ principal et un rayon paient par le point médian du groupe complet de bobines.
Le dispositif représenté à la figure 3 se distingue de celui
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de la figure 2 par l'inversion d'emplacement des connexions à courant alternatif et à courant continu de l'exitatrice 23.
Les premières passe, à par le commutateur 24 et la lunette de , porte-balais 25-, qui ne comprend dans cette réalisation que trois jeux de /balais , qui sont connectés chacun à une phase de l'enroulement d'induit du générateur, par l'intermédiaire de conducteurs 26.
Les connexions à courant continu, au contraire, sont rassem- blées en deux groupes qui sont chacun reliés à l'un des conduc- teurs à courant continu 27 raccordés à l'enroulement excitateur du génrateur. Le commutateur 24 de l'excitatrice doit alors être disposé sur l'arbre du rotor du générateur et la lunette de porte-balais doit être fixe. le dispositif suivant la figure 4 constitue une variante de celui représenté à la figure 2, lorsqu'on fait abstraction de la résistance 16 de cette dernière figure et qu'on réalise l'excitatrice 28 principalement sous forme d'un anneau fixe 29 en une matière à résistance spécifique élevée et d'une lunette de porte-balais 30 coopérant avec ledit anneau 29 et disposée sur l'arbre de rotor du générateur.
L'anneau 29 est relié en trois points fixes à 1200 l'un de l'autre, par l'intermédiaire de conducteurs 31, avec les phases de l'enroulement d'induit du générateur et par l'intermédiaire de trois transformateurs abaisseurs 32 à primaire connecté en étoile, afin d'être alimen- té en courant alternatif sous une tension inférieure à celle du générateur. Etant donné que, tout comme pour la figure 2, la lunette de porte-balais est quadripolaire, il faut prévoir de plus, entre des ponts diamétralement opposés de l'anneau 29, des connexions de compensation 33. Les quatre jeux de balais de la lunette de porte-balais 30 forment, comme à la figure 2, des connexions à courant continu qui sont reliées, par deux conducteurs du générateur 34, à l'enroulement excitateur/sur le rotor.
L'anneau 29 est
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muni a,-;i certain nombre ae brides de refroii1ss0ra.ent 35. Le mode de fonctionnement de l'excitatrice 28 est en principe le.même que celui de l'excitatrice décrite pour la figure 2.
L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrit% ci-avant. Il est par exemple possible, dans le disposi- tif suivant la figure 1, de réaliser l'induit de l'excitatrice sous forme d'un rotor en liaison avec un commutateur rotatif., la lunette de porte-balais étant fixe. Dans ce cas le raccorde- ment de l'excitatrice est le même que celui de la figure 3, c'est-à-dire que les liaisons en courant alternatif avec l'enrou- lement inducteur de l'excitatrice passent par la lunette de porte- balais munie de trois jeux de balais, tandis que les liaisons à courant continu sont constituées par des connexions fixes de l'enroulement d'induit de l'excitatrice au circuit excitateur du générateur.
Bien que les formes de réalisation décrites de la machine sychrone suivant l'invention travaillent en générateurs, elle peut également être agencée en tant que moteur synchrone à auto- excitation avec une degré et un angle de compoudage varia- b les.
Il est évident que l'invention peut être utilisée pour des machines synchrones avec un n mbre dé phases quelconque et en particulier pour des Machines monophasées (avec enroule- ment d'induit connecté en biphasé). Dans ce dernier cas, l'on ob- tient, dans une excitatrice du type inductif tel que réprésenté à la figure 1, un flux pulsé au lieu d'un flux tournant, mais le mode de fonctionnement reste cependant le même que celui décrit pour la figure 1.
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