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" Dispositif d'excitation pour la stabilisation de la tension alternative engendrée par les génératrices synchrones**
La présente invention concerne un dispositif d'exci- tation pour la stabilisation de la tension alternative engendrée par les génératrices synchrones,
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Dans des dispositifs d'excitation connus, le courant d'excitation variable avec la tension (excitation à vide) et le courant d'excitation variable avec le courant (excitation en charge) sont additionnas vectoriellament respectivement par l'intermédiaire de selfs à entrefer et de transformateurs, et fournissent, par l'entremise d'un redresseur, un courant d'ex- citation surimposa au bobinage d'excitationde la génératrice;
Dans ces dispositifs d'excitation connus, l'exci- tation est généralement réglée pour les conditions de service nominales, c'est-à-dire pour les valeurs nominales, telles que la tension, l'intensité de courant, le nombre de tours , la fréquence et le degré de réchauffement des bobinages. Il est, dans ce cas, tenu compte de l'excitation requise pour la satura tion magnétique en service nominal.
On sait toutefois que dans les machines à haut degré de saturation magnétique, cette dernière varie fortement avec le facteur de puissance en cas de charge, d'où l'inconvénient que ces dispositifs d'excitation connus accusent une inconstance relativement forte de la tension dans les cas où le facteur de puissance diffère de sa valeur nominale. L'excitation préréglée n'est pas capable de s'adapter aux variations de la saturation magnétique de la machine et, par conséquent, de produire avec une précision suffisante l'excitation requise pour la stabili- sation de la tension alternative engendrée par la génératrice.
D'autre part, les écarts de la tension peuvent avoir, : des conséquences nuisibles en cas de charge partielle, en rai- son du fait que l'excitation partielle requise pour la satura- tion magnétique de la machine n'est pas rigoureusement propor- tionnelle au courant de charge.
De plus, les dispositifs d'excitation du genre précé- dent ne sont pas en mesure de tenir compte d'autres facteurs
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perturbateurs, tels que les écarts du nombre de tours ou de la température du bobinage d'excitation des wleurs nominale. ;: correspondantes, C'est pour cela qu'on s'est vu obligé de munir les dispositifs d'excitation en question de plusieurs systèmes de réglage fin auxiliaires en vue du réglage du cou- rant d'excitation à l'entrée du système de redressement (côté alternatif).
Un des inconvénients de ce réglage du côté alterna-* tif consiste toutefois en ce qu'il exige une mise en oeuvre relativement importante de matériaux. C'est ainsi que, par exemple, le réglage habituel de la réactance dans le circuit' . d'excitation vide exige une puissance de réglage relativement importante pour maintenir la capacité de réglage du coté de la résultante vectorielle, c'est-à-dire dans le bobinage d'excitation.
Dans les cas de charge purement ohmique, l'excitation vide et celle en charge sont déphasées de 90 l'une par rap- port l'autre. La composante 4 vide doit alors, dans de nom.. breux cas, être fortement modifiée et l'influence exercée sur le courant d'excitation (courant dans le rotor 4 pièces polai. res) est faible.
Il s'ensuit que, dans les cas où l'excitation sous charge est relativement importante par rapport Celle % vide et la charge est purement ohmique, les réglages supplémen- taires de ce genre exigent une mise en oeuvre relativement im- portante de matériaux pour pouvoir effectuer la stabilisation de la tension alternative avec la précision voulue,
Or, la présente invention a pour objet une stabilisa- tion particulièrement efficace de la tension alternative engen- drée par les génératrices synchrones, et cela indépendamment de la température du bobinage d'excitation, des petites varia.';
. lions de nombre de tours par rapport sa valeur nominale et du rapport défavorable entre l'excitation variable en fonction .
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de la tension et celle variable en fonction du courant. L'inven- tion vise, d'autre part, cet effet, l'emploi d'un dispositif d'excitation perfectionné non moins efficace que les dispositifs d'excitation habituels,et cela avec une mise en oeuvre sensi- blement moindre de matériaux.
A cet effet, le dispositif d'excitation selon l'inven- tion fournit, d'une part, une puissance d'excitation supérieure celle requise pour la seule stabilisation de la tension alter- native engendrée par la génératrice synchrone et est, d'autre part, muni la sortie du redresseur, c'est--dire du coté con- tinu, d'un circuit shunt connecté en parallèle avec le bobinage d'excitation par l'entremise d'un commutateur électronique, et c'ela de telle manière que l'excès de puissance fourni par le dispositif d'excitation et variable avec la charge est dérivé dans ledit circuit shunt, et que la puissance d'excitation, re- quise pour la stabilisation de la tension alternative engendrée par la génératrice,
se trouve intégralement à la disposition du ' bobinage d'excitation.
Ledit circuit shunt peut, suivant un autre mode d'exécution de l'invention, également être connecté en parallè- le avec une partie du bobinage d'excitation de la génératrice, ce.qui s'avère particulièrement utile, par exemple, lorsque la demi-tension excitatrice crée de meilleures conditions de aer- vice pour le commutateur électronique.
Le circuit shunt contient, selon l'invention, des résistances ohmiques, inductives et capacitives et/ou des com- binaisons de ces différentes résistances, et peut également se - composer de plusieurs circuits connectés en parallèle.
La tension de la génératrice ou une tension ropor- tionnelle celle-ci est appliquée au dit circuit shunt au moyen de commutateurs électroniques appropriés, tels que des transis-
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tors de commande et/ou des redresseurs. Les circuits de Meure et d'amplification sont du type habituel et la fréquence de
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commutation dos coEMuthteurs électroniques est de préférence choisie de telle manière que la tension d'excitation contient le moins possible d'harmoniques et qu'on évite les oscilla- '
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%iono périodiques de la tenaion ongendrde par la gdnératrico,,"4" La puissance d'excitation fournie par le dispositif r,, en que3tiun doit être calculée de mniere % er4er l'excitation",
requise h la puissance maximua , la tension maximum et au / 1<>, nombre de tours minimum et, de plus, indépendamment du facteur, de puissance, afin de garantir qu'une énergie d'excitation
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suffisante soit disponible à toutes les charges, ¯(
La résistance du ou des circuits shunt et la puissance du ou des commutateurs électroniques sont choisies de telle
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manière qu'à la tension minimum et au nombre de tours tsexir , ' et, de plus, indépendamment du facteur de puissance dans tout le domaine partir de la marche à vide jusqu'% la puissance maximum engendr6e par la génératrice, une partie suffisante de la puissance d'excitation fournie en excès est introduite dans
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le circuit shunt,
pour que seule la puisabee d'excitation nuecessaire à la stabilisation de la tension alternative engendrée par la génératrice se trouve à la disposition du bobinage d'excitation.
Suivant un mode d'exécution ultérieur de l'invention, un ou plusieurs redresseurs auxiliaires sont, du côté alterna- tif, connectes en parallèle avec le redresseur principal, de
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manière 4 alimenter le circuit shunt du c6té continu. Ce nyotb- me permet, dans certains cas, de choisir un redresseur princi- pal d'un type plus réduit.
Les caractéristiques et avantages du dispositif d'ex- citation perfectionné selon la présente invention ressortiront
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plus clairement de la description détaillée suivante, Illustrés par le dessin annexa,
La figura 1 du dessin annexé représente, de asaniâre schématique, un mode d'exécution du dispositif d'excitation selon l'invention. Une tension alternative est engendrée par une génératrice synchrone 1 et un dispositif d'excitation 2 fournit une puissance d'excitation composée d'une partie invaria- ble et d'une partie variable avec la charge.
Cette puissance d'excitation est fournie,par l'entremise d'un redresseur 3, à un bobinée d'excitation et une résistance 5 connectée en parallèle avec ce dernier; un commutateur électronique 6 étant connecta en série avec cette résistance 5. Ledit commutateur électronique 6 est connecté, en fonction de la tension alter- native engendrée, par la génératrice, au moyen d'un circuit de mesure et d'un amplificateur 8.
Le dispositif d'excitation selon l'invention, décrit ci-dessus, fonctionne de la manière suivante
L'intensité Jgl du courant d'excitation continu , four- ni par le dispositif d'excitation 2 par l'entremise du redrea- 'seul' 3, est réglée, une fois pour toutes, une valeur suffi- samment élevée pour pouvoir faire face toutes les charges et tous les cas de perturbation (variations du facteur de puis- sance; légères variations du nombre de tours et donc de la fréquence par rapport aux valeurs nominales correspondantes; variations du degré de réchauffement des bobinages) qui peuvent se présenter.
Le schéma de connexions de la figure 2 montre que le courant redressé Jgl est, pour les cas de charge normale, plus fort que le courant d'excitation Je requis pour la stabilisa- tion de la tension alternative engendrée par la génératrice.
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Un courant dérivé Jp ,d'intensité variablesuivant la charge, traverse, parallèlement au bobinage d'excitation 4, le circuit shunt, qui comprend une résistance chmique 5 et le commutateur.
.' électronique!. Ce courant Jp dans le circuit shunt est, de toutes façons, suffisamment fort pour qu'un courant d'excita- tion d'intensité appropriée Je soit mis la disposition de la génératrice en vue de la stabilisation de la tension engen- drée. La résistance 1 et la fréquence de commutation du com- mutat eur électrique 6 sont choisies de telle manière que le courant d'excitation Je est pratiqu eme nt dépourvu d'harmoniques, afin d'éviter les petites variations correspondantes de la tension engendrée par la génératrice.
Le commutateur électronique 6 est un appareil % tran- sistors ou % cellules au silicium réglables, Le mode de con- nexion a été choisi parmi ceux habituellement employés dans, la techinque des connexions.
Le commutateur électronique 6 est connecté, sous l'influence de la tension alternative engendrée par la géné- ratrice, par l'intermédiaire du circuit de mesure ? et de l'am- plificateur 8. Une comparaison entre la valeur nominale et la' valeur obtenue est établie dans le circuit de mesure 7. Lorsque la valeur nominale de la tension est dépassée, l'amplificateur
8 ferme le commutateur 6, ce qui donne lieu un affaiblisse- ment du courant d'excitation Je. Si, au contraire, la tension tombe sous la valeur nominale, l'amplificateur ouvre le com- mutat eur électronique 6, ce qui provoque un renforcement du courant d'excitation Je.
La conséquence en est une stabilisa- tion particulièrement efficace de la tension alternative engen- drée par la génératrice. la constance de la tension dépend uniquement du circuit de mesurer, muni d'un système de mesure
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habituel indépendant de la fréquence, de manière que la tension est maintenue constante indépendamment des petits écarta du nombre de tours par rapport la valeur nominale. Le réchauffe- ment des enroulements reste sans influence sur la constance de la tension.
.Les figures 3 et 4 représentent l'addition vectorielle courants respectivement en cas de charge purement ohmique et en cas.de charge purement active. Le courant d'excitation indépendant de la charge et celui dépendant de la charge sont respectivement représentes par les symboles Jo et J1. Ces schémas vectoriels montrent clairement que le dispositif d'exci- ' talion selon la présente invention fonctionne indépendamment du rapport Jo/J1 et présente le grand avantage que le courant d'excitation résultant 4 la sortie du redresseur (cote continu) peut influencer directement le courant d'excitation Je dans le rotor 4 pièces polaires, lequel, en fin de compte, décide de la constance de la tension alternative engendrée par la généra- trice.
Suivant un autre mode d'exécution de l'invention, le circuit shunt n'est branché en parallèle qu'avec une partie' du bobinage d'excitation. C'est ainsi que, par exemple, tous les pôles nord d'excitation et tous les pôles sud d'excitation de la machine peuvent être connectés en série. On obtient ainsi ,au moins trois bagues d'excitation et le circuit shunt est ,par exemple, connecté en parallèle avec les bagues d'excitation des pôles nord.
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