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DISPOSITIF EXCITATEUR POUR GENERATRICES
La présente invention se rapporte à un dispositif excitateur pour des génératrices et, plus particulièrement, pour les alternateurs destinés fournir des tensions alter- natives monophasées ou polyphasées, où une bobine de champ tournante est alimentée en courant d'excitation par l'enrou-
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lement d'induit également tournant d'une excitatricecourant alternatif et cela par l'Intermédiaire de redresseurs varia- bles qui, eux, tournent de même, Dans les alternateurs, et plus particulièrement les alternateurs synchrones, le rotor est souvent excita par du courant continu.
Il est usuel d'amener ce courant continu par 1 'intermédiaire de bagues collectrices et de balaie sta- tionnaires. Mais ces organes sont soumis une usure considé- rable. En outre, les disposition nécessaires pour garantir le fonctionnemont sur des dispositifsà baques collectrices présantant fies diffle=cultés qonaideables. surtout, *'Il s'agit d'a ;;einateurs pulessnts.
C'est pour ces raisons qu'on a déjà proposé de sup- primer les bagues collectrices pour l'alimentation en courant d'excitation des bobines de champ tournantes, en leur fournis- sant la) courant d'excitation par l'intermédiaire de redres- seurs à partir de l'induit tournant d'une excitatrice à cou- rant alternatif. Et comme on demande, en outre, pour les gran- des génératrices la possibilité d'une rapide désexcitation, on a également déjà proposé de varier la totalité du courant d'excitation à l'aide de redresseurs variables montés en puch- pull ou antiparallèle, de manière à permettre une désexcitation rapide.
La présente invention vise la création d'un diapo- aitif excitateur pour des génératrices de dimensions moyennes. où l'énergie du champ d'excitation peut être adaptée rapide- ment et avec précision à la charge du stator.
En attaquant ce problème, l'invention part du fait reconnu qu'on peut *- dans le cas des génératrices moyennes, jusqu'à environ 1000 kwa - renoncer la désexcitation rapide
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et fno1 aux d1-pooJttt. de commande et de r6n;ae <:o1'*u" que demande le contrôle de la totalité du courant d'exeKa" tion, parce que les disjoncteurs et coupe-circuit modernes offrent une protection suffisante en cas de surcharge ou de court-circuit, dans cet ordre de puissances.
La présente invention est surtout remarquable
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par le fait qu'à l'aide d'un circuit d'excitation s4pàré, une énergie de champ d'excitation de base est produite, qui
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est suffisante pour que la génératrice atteigne la tentian aux bornes pendant qu'elle tournevide, tendis qu'à partir ' de l'excitatrice à courant alternatif, qui fonctionne à une
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fréquence moyenne (100 - 400 cycles) un complément d'Sn.i.
d'excitation est envoyé dans l'enroulement inducteur par l'intermédiaire du redresseur variable, seulement dans la mesure qu'il faut pour faire nattre dans le stator le flux additionnel nécessaire selon la charge de la génératrice,
Le dispositif d'excitation sépare* qui fournit l'é-
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nergie du champ de base, peut utilement $trie constitua par un système de pôles permanente fournissant un ilux !t\a\jnJ tl'1W;t constant, qui est disposé à côté do 18 enroulenk, tilt. d'induit tour nant.
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Mais la bobine de champ de la CJr(nth.tr1f,I peut *u # si être alimentée en énergie d'excitation par l'excitation fonctionnant, de préférence, une fréquence moyinna, PAr l'in- termédiaire de redresseurs également tournants et inv.ri!'lu.
Finalement, l'énergie du champ d'excitation do base pourrait être fournie par l'intermédiaire d'un transformateur tournât
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et un redresseur tournant, ou par une dynamo à courant cuntl- nu. De toute façon, l'énergie du champ d'excitation rl "u }':)'I doit être choisi suffisamment grande pour quo la tanslon aux
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bornes de la génératrice soit atteinte quand elle tourne à vide.
Un avantage spécial de la présente invention rési- de dans le fait qu'avec le nouveau dispositif d'excitation, 20 - 30 % seulement de l'énergie du champ d'excitation sont à varier, de sorte que le contrôle peut être exerce par des redresseurs variables, petits et simples*
L'énergie du champ d'excitation additionnelle, nécessaire pour créer dans la génératrice tous charge le flux de courant magnétique est, de préférence, réglée a l'aide de composants semi-conducteurs variables au silicium.
Ces redresseurs peuvent, de préférence, être in- corporéa dans des montages en demi-onde monophasés, en pré- voyant en parallèle avec l'enroulement excitateur une diode d'extinction. Pour le redressement, on peut aussi se servir d'un montage normal en pont monophasé, composé de diodes non variables, avec à la sortie du secondaire à tension continue, un semi-conducteur variable monté en série avec l'enroulement d'excitation.
Comme les génératrices moyennes - . l'opposé des grandes génératrices, qui fonctionnent normalement en charge constante en raison de leur dispositif d'entraînement - sont souvent soumisesà de fortes fluctuations de charge, il est désirable do réduire au possible le temps de réponse à la ré- gulation du système excitateur.
Dans le cas des petites géné- ratrices, qui sont surtout employées avec une alimentation secteur indépendante ot ne bénéficient pas de l'appui des sources parallèles d'un réseau compound, il peut arriver qu'entre la marche vide et la charge de crête, des fluctua- tions très importantes se produisent avec une grande fréquen-
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et* Pour augmenter la sensibilité, c'est-à-dire pour réduire ; le temps de réponse du système do régulation de telles qéné- ratrices, la présente invention propos! l'emploi de fréquan- ces moyennes pour l'excitation, co qui raccourcit le temps de réponse au début et à l'arrêt de l'excitation supplémnn- taire.
L'énergie du champ d'excitation à fréquence moyen- ne peut être prise de manière connue en elle-même sur un con- vertisseur de fréquence, dont le circuit d'excitation est fixé et alimenté par le bobinage du stator de la génératrice, de sorte que le courant d'excitation arrive dans la partie tournante avec une fréquence augmentée.
biais l'énergie du champ d'excitation à fréquence moyenne peut aussi être fournie par une génératrice à p8les permanents disposés dans le sta tor, tandis que l'enroulement tourne avec le support opposé sur l'arbre. Finalement, on peut prévoir spécialement une petit* excitatrice, dont les pôles permanenta sont fixé* sur l'arbre et font naître dans le stator une fréquence moyenne de régime qui est ensuite transmise par des redresseurs semi- conducteursgrilles de polarisation, montés en anti-paral lèle,à un transformateur tournant, dont l'enroulement oecon- daire tourne avec l'enroulement inducteur et est reliéà ce dernier par un redresseur non variable.
C'est ainsi qu'une puissance d'excitation additionnelle et réglable est amenée vers l'enroulement inducteur.
Les génératrices suivant la présente invention, permettent - grâce aux puissances faibles à régler - de se contenter d'un seul redresseur a grille. polarisées qu'on monte, ooit de manière connue en circuit centre-point symé- trique ou asymétrique, soit encore en redresseur demi-onde
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avec une diode à point neutre.
Si un amplificateur stationnaire est employé pour le réglage de l'intensité additionnelle, il faut qu'au moins deux signaux soient transmis au rotor, et retransmit, . savoir les impulsions d'amorçage pour le redresseur grille. pola- risées, qui fonctionne comme unthyztron, et le signal de tension do synchronisation provenant de l'excitatrice.
Mais si le dispositif comporte un amplificateur qui tourne avec le rotor, le seul signal à transmettre du stator de l'alternateur à l'amplificateur tournant, est la tension effective aux bornes. Cette transmission peut également se faire a l'aide d'un transformateur tournant, d'un type connu en lui-même, Mais, même cette transmission n'est pas indis- pensable si on prévoit un tout petit alternateur, dont l'en- roulement stationnaire est alimenté en tension monophasé ou polyphasé à partir do l'enroulement principal et qui aimante donc le rotor en fonction de la tension, ce qui a pour suite qu'il naît dans l'enroulement tournant de ce petit alterna- teur une tension alternative proportionnelle à celle de la tension principale, et qui est, après redressement, envoyée le cas échéant,
comme signal de la valeur effective vers l'am- plificateur tournant. De cette manière toute transmission entre les organes stationnaires et les organes tournants est évitée.
Lorsqu'on emploie pour la transmission des signaux de commande des transformateurs en association avec les re- dresseurs tournant., il est avantageux de les réaliser de façon à réduire, autant que possible, les pertes sur les transformateurs pour éviter la nécessité d'une amplification additionnelle des impulsions sur le rotor. C'est pourquoi il
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Y a ingrat à employer des transformateurs avec des noyaux composées de tales de dynamo aussi minces que possible, estam- pies en) forme d'U, où les vides sont encore remplis par des masses à bonne conductibilité magnétique qui sont comprimé et ont subi une orientation magnétique préférentielle par des vibrations multilatérales.
De cette manière, il ost possible d'obtenir des impulsions de commande assez fortes pour le réglage du redresseur pour l'excitation additionnelle.
Dent les génératrices à dispositif excitateur suivant la présente invention, on peut se servir utilement du système de pale: stationnaires de l'excitatrice pour la pro- duction de la tension de référence constante, qui sert à la comparaison avec la tension effective aux bornes, A cet effet, des barres de fer, disposées parallèlementl'arbre du rotor, tournent avec ce dernier, l'une des extrémités des barres passant à une certaine distance devant le côté frontal des pales. Ceci fait naître un flux magnétique dans l'autre ax- trémité de la barre, qui induit à son tour dans une bobine à noyau en fer doux, fixéedans la carcasse, une tension alter- native qui peut, après son redressement, éventuelle^sert être stabilisée encore 1 l'aide d'une diode Zener.
Le dessin annexé illustre un exemple d'exécation do la présente invention. Dans ce dessin ! ;
La figure 1 fait voir une génératrice avec am;plifi- cateur stationnaire en une coupe schématique, et
La figure 2 est une représentation purement schéma- tique d'une génératrice modifiée, également en coupe, où uno moitié seulement du dispositif est montrée.
La bobine de champ de la génératrice, enroula autour du support 2 fixée sur l'arbre rotatif 3, est divisée
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en deux enroulements 2a et 2b. Le support 2 est entoté du stator 1 de la génératrice, qui porte l'er.roulemont la. L'ar bre 3 porte, en outre, le rotor 4 de l'excitatrice a courant alternatif, dont les deux enroulements sont désigna par 4a et 4b.
Ce rotor 4 est entouré des pâles permanents 5 dispos', dans le stator* Une sorte de barres 9 disposées concentrique- mont autour de l'arbre 3 et maintenues par ce dernier, de sorte qu'elles tournent avec lui, font naître entre les pôles permanenta de l'excitatrice et une bobine actionnaire avec noyau de fer doux 10, une tension alternative constante, qui sort de tension de référence et est envoyée vers l'amplifica- teur V. Entre la génératrice et l'excitatrice, les redres- saura 6 et 7 sont fixéa sur l'arbre tournant par l'inter- médiaire du redresseur variable 6 l'énergie du champ d'excita- tion de base est envoyée dans l'enroulement 2a et l'énergie d'excitation supplémentaire, qui est variable suivant la char. ge de la génératrice, est envoyée dans l'enroulement 2b de la bobine de champ.
Le schéma de montage, donné en bas de la figure 1, montre ces connexions. La tension aux bornes, qui s'établit sur le stator de la génératrice, est envoyée vers l'amplificateur V, qui fournit les impulsions pour le réglage du redresseur 7, selon la différence entre la tension aux bor- nes et la tension de référence.
Ces impulsions de commande sont transmises par l'amplificateur et par l'intermédiaire du transformateur tournant 8a vers la borne de réglage du redres- seur 7, tandis que la tension qui signale la synchronisation est transmise de l'enroulement 4b de l'excitatrice à l'ampli- ficateur par l'intermédiaire du translateur 8b,
Pour la génératrice suivant la figure 2, qui est une forme do réalisation modifiée de la présente invention,
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l'énergie du champ d'excitation de baso est produite par un
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système de p8les permanenta 12 fixée sur un arbre 11.
L'éner- gie du champ additionnel, qui est variable on fonction de la charge de la génératrice, est envoyée par l'intermédiaire du
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redresseur variable 7 vers 1' enroulement 13, qui est rlitpoad sur l'arbre 11 a côté du système de pdlee permanenta 12 et fournit conjointement avec ce dernier le flux magnétique né- cessaire pour le stator 15 avec 1'enroulement 14.
Cette génératrice suivant la présente invention,
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fonctionne commp suit s Lorsque la génératrice tourne aa vitesse nomi- nable, l'enroulement 4a fournit par l'intermédiaire du rf-droe- 'fur 6 un courant d'excitation alternatif d'une fréquence ion- yenne (100 - 400 cycles) a la bobine de champ 2a, de sorte que la tension aux bornes de la génératrice attelons la valeur nominale lorsqu'elle tourne à vide. Par l'intermédiaire du redresseur réglable 7, un courant continu variable peut être envoyé dans la bobine de champ 2b, ce qui permet d'obtenir une aimantation additionnelle du rotor. La commande de la grille du redresseur 7 se fait utilement par des impulsions synchronisées avec la tension induite dans le enroulements
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4a et 4b.
Les impulsion, produites dan-j l'amplificateur ste- tionnaire V passent alors par l'1ntediftlr du transforma- teur tournant 8, aux cellules tournantes et réglables du re- dresseur 7, tandis que la tension de signal est conduite de
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l'enroulement 4a ou 4b vers l'4mr11{icAt V par l'intrr,3- diaire du traneformetour tournant ab. Le ci4c4lâqp des impul- siens dana le temps, et partant, l'excitation magnétique ad- ditionnelle de l'enroulement inducteur en fonction de l'écart entre la tension aux bornes et la tension nominale, par suite
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des variations de la charge, se fait par l'intermédiaire de l'amplificateur V.
Ce dernier pout, par exemple, comparer de manière connue une tension de référence avec la tension aux bornes et agir en cas de dépassement ou de non atteinte de la valeur nominale sur la commande do grille du redres seur 7, de telle façon que l'écart de la tension aux bornes soit amené à disparaître par le réglage.
Grâce àla rréquente moyenne de la tension à la sortie du dispositif excitateur, le temps de réqlaqe est particulièrement court, do sorte qu'il est possible de satisfaire à des conditions de préci- sion tiès poussées* En tant que source de la tension de ré- férence, il est, par exemple, possible do faire appel a une tachodynamo mais on peut aussi se servir d'une excitatrice, comme le figure 1 le montre, et ceci, de la manière expliquée ci-dessous ;
Des barres de fer doux 9 passent latéralement devant les pôles permanenta 5 avec un entrefer relativement important. Ces barres sont reliées par des bras de support à l'arbre 3.
Biles transmettent un flux magnétique alternatif à une bobine 10 en position fixe dans la carcasse et dont le noyau en fer doux ferme le circuit de retour du flux magnéti- que. La tension alternative généré e dans la bobine 10 est déjà relativement stable, mais, après son redressement par un redresseur en pont, elle peut être stabilisée encore davanta- ge par une diode Zoner, pour obtenir la précision voulue.
Ce procédé de création d'un.. tension de référence pratiquement indépendante, se dlatinque avantsquesement du proc4d4 ob on fait appel comme source de cette tension au bobinage princi- pal, parce qu'on dvite des circuits stabilisateurs coûteux.
Dans la forme de réalisation de la présente inven-
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tion illustrée par la figure 2, on obtient une simplification de la construction du dispositif. A la place d'une couronne avec les enroulements de champ 2a et 2b, deux systèmes induc- teurs sont disposes l'un à côté de l'autre sur l'arbre, de aorte que les deux peuvent induire ensemble le stator 15, Le premier système inducteur, c'est-à-dire le système à pôles permanents 12, qui crée le champ d'excitation de base, est dimensionné de telle façon que la tension aux bornes atteigne la valeur nominale en tournant a vide.
L'autre système induc- teur avec l'enroulement 13, alimenta en courant d'excitation additionnel par le redresseur variable, fournit, selon la charge de la génératrice, le flux magnétique supplémentaire nécessaire au stator. L'excitatrice, qui fonctionne avec une fréquence moyenne, peut être sensiblement plus petite dans ce cas, et on peut se passer du redresseur tournant 6, ainsi que de l'enroulement inducteur 2a.
La p résente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire de portée générale et susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art.