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Perfectionnements aux machines électriques synchrones auto-excitatrices j et auto-régulatrices.
L'invention se rapporte aux machines électriques synchro- nes autoexcitatrices et à régulation automatique, comportant un champ tournant excité par un courant alternatif fourni par un exci- tateur dont l'induit tournant est monté sur le même arbre que l'en- roulement du champ tournant de la machine et relié de façon perma- nente à l'enroulement de champ de la machine par l'intermédiaire d'un redresseur monté sur ce même arbre et tournant avec @ui.
Bien qu'on puisse aussi bien appliquer l'invention à des moteurs synchrones, l'invention est particulièrement applicable à des alternateurs synchrones dont on peut réaliser l'auto-excitation en courant continu et régulariser le fonctionnement de façon à
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obtenir une tension constante.
L'invention vise surtout à réaliser d'une manière plus simple des alternateurs synchrones de ce type et à augmenter leur sûreté de fonctionnement en obtenant, à toutes 'les charges et pour tous les facteurs de puissance, une régulation précise de la tension combinée avec un rétablissement repide à la tension à sa valeur normale après de brusques variations de charges
Selon l'invention, l'excitateur d'une machine synchrone du type précité est réalisé sous la forme d'un changeur de fréquence tournant comportant un enroulement rotorique secondaire unique, relié à l'enroulement de champ de la machine principale par l'inter- médiaire d'un redresseur tournant, et un stator comportant deux en- roulements primaires distincts, ces deux enroulements primaires, qui ont le même nombre de phases que la machine,
étant tous deux alimen- tés à partir du courant de sortie de celle-ci, l'un, par une compo- sante d'intensité alternative dépendant du courant de charge de la machine principale, et l'autre, par une composante d'intensité alter- native dépendant de la tension aux bornes de la machine.
Dans un mode de réalisation préféré, un des enroulements statoriques de l'excitateur est en série avec l'enroulement statori- que de la machine, tandis que l'autre enroulement statorique de l'excitateur est en série avec une "impédance constante" branchée aux bornes de sortie de la machine. En l'occurence, l'expression t'impédance constante" désigne une impédance qui est indépendante des variations d'intensité pour une fréquence donnée mais qui n'est pas indépendante des variations de fréquence.
L'enroulement rotorique de l'excitateur et le redresseur qui lui est associé sont, de préférence, de type triphasé, mais l'impédance constante précitée, comme l'enroulement statoyique de l'excitateur doivent avoir le même nombre de phases que la machine.
Si la machine est de type monophasé, on agence, de pré- férence, un au moins des deux enroulements statoriques de l'excita- teur. de façon àréaliser un amortisseur en'quadrature efficace, ce
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qu'on peut réaliser soit au moyen d'un enroulement auxiliaire en court-circuit dont l'axe est perpendiculaire aux enroulements sta- toriques, soit en joignant deux phases de l'un ou de chacun des en- roulements statoriques triphasés, qui devra être monté en étoile, et en alimentant cet enroulement par l'intermédiaire de cette jonction et de la troisième phase de l'enroulement.
Le nombre des pelés de l'excitateur peut être différent du nombre des pôles de la machine. Pour les machines polyphasées, il est préférable que la fréquence du courant fourni par l'excitateur soit supérieure à celle du courant d'entrée, en agençant la machine de façon que le champ magnétique créé dans l'entrefer de l'excita- teur tourne dans le sens opposé au sens de rotation de l'arbre, afin de réduire l'influence des variations de température sur la résistance de l'enroulement de champ de la machine. L'entrefer de l'excitateur doit être aussi petit que le permettent les limitations mécaniques, car on réduit ainsi la valeur que doit avoir le courant' magnétisant, ainsi que les pertes, tout en obtenant un rétablissement plus rapide de la tension aprs de brusques variations de charge.
L'impédance constante précitée est, de préférence, à prédominance réactive ou capacitive, cette impédance étant, par exem- ple, constituée par une bobine de réactance linéaire (une self non saturée associée à un entrefer ménagé dans son circuit magnétique) ou par un condensateur. Si l'on utilise une bobine de réactance linéaire, on peut brancher un condensateur à celles des bornes d'en- trée des enroulements statoriques de l'excitateur qui sont en série avec cette bobine, la capacitance du condensateur étant, de préférence, appropriée à la réactance de la bobine de réactance linéaire corres- pondant à la fréquence de sortie de la machine.
Cette disposition élimine pratiquement la charge réactive appliquée à la machine par le circuit d'excitation; elle assure en outre l'auto-excitation de la machine au moment du démarrage et réduit l'influence de variations de la résistance de l'enroulement de champ.
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Pour réaliser l'auto-excitation de la'machine princi- pale, on peut remplacer l'agencement précédemment décrit par un dispositif comportant des aimants permanents. C'est ainsi qu'on peut associer un aimant permanent à la machine ou à l'excitateur, ou bien utiliser un excitateur supplémentaire constitué par un petit aimant permanent comportant son propre redresseur relié au circuit de champ comme, par exemple, décrit par le brevet britannique n 929.120.
1 Avec l'agencement précédemment décrit aont l'impédance constante est constituée par une bobine de réactance linéaire asso- ciée à un condensateur, il est possible d'obtenir une tension régu- larisée entre 2 et 4% à toutes les charges et pour tous les facteurs de puissance. Si besoin est, on peut régulariser la tension d'une manière plus précise en superposant à l'agencement décrit un dispo- sitif de réglage supplémentaire, en utilisant, par exemple, dans une partie du circuit d'excitation, un transducteur ou une bobine de réactance saturable que règle le courant continu de sortie d'un dispositif sensible à une tension et comportant, par exemple, une diode de Zener de façon à obtenir une tension de référence appliquée aux bornes de sortie.de la machine,
afin de déceler et de corriger les déviations éventuelles de la tension de sortie par rapport à sa' valeur normale.
L'invention peut être mise en oeuvre de diverses manières.
On se bornera toutefois à n'en décrire ci-après que certains modes de réalisation caractéristiques, en se référant aux dessins schéma- tiques annexés.
La Fig. 1 représente un circuit d'un alternateur triphasé dont l'excitateur est constitué par un changeur de fréquence triphasé.
La Fig. 2 illustre une variante du circuit représenté sur la Fig. 1.
La Fige 3 représente un circuit d'un alternateur triphasé dont l'excitateur est également constitué par un changeur de fréquen-
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ce triphasé,
La Fig. illustre une variante de l'agencement représenté sur la Fig. 3.
La Fig. 5 représente un circuit d'un alternateur triphasé comportant une variante du changeur de fréquence triphasé qui comprend un transformateur d'intensité auxiliaire.
La Fig. 6 illustre une variante du circuit représenté sur la Fig. 5.
Comme représenté sur la Fig. 1, un alternateur triphasé typique 10, qui comporte un rotor 10A et un stator 10B, est excité au moyen d'un changeur de fréquence triphasé 11. L'enroulement secon- daire triphasé 12 du changeur de fréquence ou excitateur 11 est en avec un redresseur triphasé 13, à une alternance, branché aux bornes d'un enroulement 14 qui fait partie de la machine principale 10 et produit un champ magnétique tournant uniaxial, l'enroulement 12 et le redresseur 13, qui constituent le rotor de l'excitateur 11, étant montés sur l'arbre du rotor 10A de l'alternateur 10.
Le stator du changeur de fréquence 11 comprend deux enroulements primaires triphasés 17 et 18 montés tous deux en étoile, un enroulement primai- ! re 17, étant bramché en série avec l'enroulement d'induit triphasé 19 de l'alternateur 10 de façon à placer le point neutre du coté basse tension de l'enroulement 19. L'enroulement primaire 17 qui fournit la composante d'intensité qui, faisant partie du courant alimentant l'excitateur 11, est fonction du courant de charge.
Le second enroulement primaire 18, qui fournit dans le courant d'exci- tation, la composante qui dépend de la tension de sortie, est en série avec une bobine de réactance linéaire triphasé 20 branchée aux bornes de sortie 21 de l'induit de l'alternateur 10. On condensateur/ triphasé 22, monté en triangle, est relié aux extrémités de sortie respectives des trois phases de l'enroulement primaire 18 afin de compenser la puissance réactive et d'amorcer l'auto-excitation de l'alternateur 10 lors de la mise en marche de celui-ci, comme pré- ;
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cédemment décrit.
Dans la variante représentée sur la Fig. 2, sur laquelle les éléments déjà décrits sont affectés des mêmes nombres de référen- ce, on a remplacé l'agencement précédent par un condensateur tripha- se 25 qui, constituant lui-même l'impédance constante précitée, est . en série avec l'enroulement statorique primaire 18, en étoile, de l'excitateur 11 et est branché aux bornes de sortie 21 de l'alterna- teur 10.
Dans cette combinaison de l'enroulement 18 et du condensa- teur 25, qui est en série avec les bornes 21, les connexions des phases sont inversées par rapport à celles des phases de l'enroulement 17 qui, fournissant la composante dépendant du courant de charge, reste, comme précédemment, en série avec l'enroulement d'induit 19 'de l'alternateur 10, de façon à placer le point neutre du côté basse tension.
Dans es cas, le rotor de l'excitateur 11 comprend un enroulement secondaire 26 monté en triangle et relié à l'enroulement de champ principal 14 en série avec un redresseur triphasé 27 tournant à deux alternances, monté en pont. Comme précédemment, l'enroulement
26 et le redresseur 27 sont montés sur l'arbre du rotor 10A de l'alternateur 10.
Dans le mode de réalisation illustré par la Fig. 3, un alternateur monophasé typique 30, dont le champ tournant 31 est, comme pour le premier mode de réalisation, relié à l'ensemble consti- tué par l'enroulement rotorique secondaire triphasé 12, monté en étoile de l'excitateur 11 et par le redresseur de champ triphasé, à une alternance, associé à cet enroulement, tous ces organes étant montés sur l'arbre du rotor 30A de l'alternateur 30. Le stator de l'excitateur 11 comprend les deux enroulements primairesitriphasés
17 et 18, montés en étoile, deux phases de chacun d'eux ayant leurs extrémités respectives reliées entre elles par une jonction extérieu- re 32, afin de réaliser un amortissement en quadrature.
L'enroulement
18, qui est en série avec une bobine de réactance linéaire 33 branchée
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aux bornes de l'induit 34 de l'alternateur 30, a ses connexions respectivement reliées à sa jonction 32 et à l'extrémité extérieure de sa troisième phase 35. L'enroulement 17, qui est en série avec l'induit 34 de l'alternateur 30, du côté basse tension ou du point neutre, a ses connexions respectivement reliées à la jonction exté- rieure 32 réunissant deux de ses phases et à l'extrémité extérieure de sa troisième phase 35.
Ce mode de réalisation comprend en outre un excitateur supplémentaire 40 comportant un aimant permanent et servant à amorcer l'excitation au démarrage, comme décrit dans le brevet britannique n 929.120. L'excitateur 40 comprend un stator 41 constitué par un aimant permanent, couplé électromagnétiquement avec le stator de l'excitateur 11, et un enroulement rotorique triphasé 42, monté en étoile, en série avec un redresseur triphasé 43, à une alternance, .l'ensemble de ces deux organes 42 et 43 étant branché aux bornes du champ 31 de l'alternateur 30, en parallèle avec le rotor 12-13 de l'excitateur 11.
Le rotor 42-43 de l'excitateur 40 est aussi monté sur l'arbre du rotor 30A de l'alternateur 30, de même que le rotor 12-13 de l'excitateur 11.
L'alternateur 30 représenté sur la Fig. 4 diffère de l'alternateur précédent en ce qu'il comprend un dispositif auxiliaire de réglage de tension 50 asservi à la tension aux bornes de l'alter- nateur 30 afin de régulariser cette tension d'une manière plus pré- cise.
Dans cet agencement,le dispositif 50, qui peut comprendre une diode de Zener fournissant une tension de référence, est branché respectivement aux bornes de sortie A et N de l'alternateur 30, les bornes de sortie 51 du courant continu du dispositif 50 étant reliées respectivement aux extrémités de l'enroulement de réglage* 52 d'un transducteur ou d'une bobine de réaction saturable 53 dont l'enrou- lement principal 54 est branché respectivement aux extrémités de l'enroulement primaire 18 du stator de l'excitateur 11, l'enroulement 18 dépendant de la tension de sortie. L'ensemble constitué par les
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enroulements 53 et 18, montés en parallèle, est en série avec la bobine 33 branchée aux bornes de l'induit 34 de l'alternateur 30.
Cet agencement permet 'un réglage précis en circuit fermé qui décelé et corrige les déviations éventuelles de la tension de sortie de l'alternateur 30 par rapport à la tension normale de celui-ci.
Dans le cas où l'excitateur précité doit, selon l'inven- tion, être monté sur un alternateur de grande dimension, il peut se faire que le nombre de tours de l'enroulement primaire de cet excitateur, qui fournit la composante dépendant du courant de charge de i'alternateur (dénommé ci-après l'enroulement primaire fournissant la composante d'intensité) soit pratiquement insuffisant et qu'on doive y ajouter une fraction de tour, par exemple, pour qu'il comporte en tout 2,5 tours.
On peut surmontez cette difficulté au moyen d'un transformateur d'intensité supplémentaire dont l'enroulement primaire est excité par le courant de charge de l'alternateur et dont l'enrou- lement secondaire, qui comporte un nombre de tours supérieur à celui' de son enroulement primaire est en série avec l'enroulement primaire qui, dans l'excitateur, fournit la composante d'intensité. Si ce transformateur supplémentaire devait fournir la totalité de la compo- sante de puissance alimentant l'excitateur en fonction de la compo- sante d'intensité de la charge de l'alternateur, ce transformateur devrait présenter des dimensions relativement importantes. On peut toutefois réduire ces dimensions en branchant son enroulement pri- maire entre l'induit de l'alternateur et l'enroulement qui, dans l'excitateur, fournit la composante d'intensité.
La Fig. 5 illustre un agencement de ce genre, dans lequel un alternateur triphasé 10 comporte un excitateur 11, constitué par un changeur de fréquence triphasé, faisant partie d'un c@rcuit agencé de façon générale comme le circuit représenté sur la Fig. 2, les éléments semblables conservant les nombres de référence dont ils sont déjà affectés sur cette figure. Toutefois, le condensateur 25 (Fig. 2) est remplacé par une bobine de réactance linéaire triphasée ,
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20 (Fig. 1), mais sans condensateur shunt.
Un transformateur d'intensité triphasé auxiliaire 60, monté dans le stator 10B de l'excitateur 11, a son primaire 61 en série avec l'induit 19 de l'alternateur 10 et il est branché entre cet induit 19 et l'enroulement primaire 17 ' qui, dans l'excitateur 11, fournit la composante d'intensité. Le secondaire 62 du transfor- mateur 60 est branché en parallèle aux bornes de l'enroulement pri- ; maire 18 qui, dans l'excitateur 11, fournit la composante dépendant de la tension, le secondaire 62 comportant des bornes 63 permettant de régler la tension de sortie.
Le transformateur 60 a pour rôle de fournir une petite composante-d'intensité supplémentaire à l'enroulement 18 qui fournit \ , la composante d'excitation dépendant de la tension. Ainsi, l'enroule- ment 18 fournira encore la majeure partie de la composante d'inten- sité proportionnelle à la tension de sortie de l'alternateur.10, mais elle fournira aussi la petite composante précitée proportionnelle au courant de charge de l'alternateur 10 et correspondant seulement à une faible fraction du courant total passant par l'enroulement 18.
En d'autres terme*;, cet agencement bénéficie du nombre de tours rela- tivement important de l'enroulement 18, et une fraction infime de la composante d'intensité dépendant du courant de charge (cette portion correspondrait à une fraction de tour de l'enroulement 17) est ainsi transmise à l'enroulement 18 par le transformateur 60, ce qui permet à l'enroulement 17 d'avoir un nombre exact de tours.
Etant donné que la portion de la composante d'intensité ainsi trans- férée par le transformateur 60 est faible, ce transformateur pourra être très petit.
L'alternateur 10 représenté sur la Fig. 5 comporte aussi, comme indiqué en 65, un enroulement ou quelques tours entourant les bornes du rotor 10A, afin d'obtenir un effet d'amortissement. On réalise ainsi un court-circuit efficace des courants transitoires qui, sans cela, pourraient induire, dans le circuit de champ de
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l'alternateur, des tensionssi élevées qu'elles pourraient mettre hors d'usage le redresseur tournant 27 associé à l'enroulement de champ 14.
La modification de l'agencement précédent illustrée par la Fig. 6 consiste à monter le transformateur 60 dans le stator 10B de l'alternateur 10. L'agencement général et les connexions du primaire 61 et du secondaire 62 restent les mêmes, le transformateur
60 comportant toutefois un enroulement de réglage 66 qui permet de régler le degré de saturation du noyau de fer doux du transformateur
60 et de faire ainsi varier le degré de compoundage. L'enroulement
66 est excité au moyen d'un redresseur auxiliaire 67 à partir d'un auto-traneformateur 68 en série avec une bobine de réactance saturée '
69 comportant un noyau toroïdal 70.
Pour un point de saturation par- ticulier du noyau 70, la bobine 69 fait varier très brusquement l'impédance du circuit de sortie du transformateur 68, des bornes auxiliaires 71 permettant de régler ce point de saturation. Des con- ducteurs 72 relient respectivement les bornes d'entrée du transfor- mateur 68 à deux des trois bornes de sortie A, B et C de l'induit 19 de l'alternateur 10.
On voit donc que le transformateur auxiliaire 60 présente le double avantage d'éviter que l'enroulement 17 comporte des trac- tions de tour et de permettre un réglage et une stabilisation extré- mement précis de la tension de sortie de l'alternateur 10. En super- posant, de cette manière simple, un réglage précis de la tension au circuit de compoundage principal de l'alternateur 10, on assure le rétablissement très stable et très précis de la tension normale de cet alternateur. Avec un circuit de ce type, la tension ne peut pas subir d'oscillations à la suite de brusques variations de la charge, comme c'est quelquefois le cas avec le mode de réalisation illustré par la Fig. 4.
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Improvements to self-excitatory and self-regulating synchronous electric machines.
The invention relates to self-exciting synchronous electric machines with automatic regulation, comprising a rotating field excited by an alternating current supplied by an exciter whose rotating armature is mounted on the same shaft as the winding of the motor. rotating field of the machine and permanently connected to the field winding of the machine by means of a rectifier mounted on the same shaft and rotating with @ui.
Although the invention can equally well be applied to synchronous motors, the invention is particularly applicable to synchronous alternators of which it is possible to self-excite in direct current and to regulate the operation so as to
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get constant tension.
The invention aims above all to produce synchronous alternators of this type in a simpler manner and to increase their operating reliability by obtaining, at all loads and for all power factors, precise regulation of the voltage combined with a rapid recovery of the voltage to its normal value after sudden variations in loads
According to the invention, the exciter of a synchronous machine of the aforementioned type is produced in the form of a rotating frequency changer comprising a single secondary rotor winding, connected to the field winding of the main machine by the inter - medial of a rotating rectifier, and a stator comprising two distinct primary windings, these two primary windings, which have the same number of phases as the machine,
being both supplied from the output current thereof, one by an AC component dependent on the load current of the main machine, and the other by a component of alternating current depending on the voltage at the machine terminals.
In a preferred embodiment, one of the stator windings of the exciter is in series with the stator winding of the machine, while the other stator winding of the exciter is in series with a "constant impedance" connected. at the machine output terminals. In this case, the expression constant impedance "designates an impedance which is independent of the variations in intensity for a given frequency but which is not independent of the variations in frequency.
The rotor winding of the exciter and the rectifier associated with it are preferably of the three-phase type, but the aforementioned constant impedance, like the statoy winding of the exciter, must have the same number of phases as the machine .
If the machine is of the single-phase type, one arranges, preferably, at least of the two stator windings of the exciter. in order to achieve an effective quadrature damper, this
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that can be achieved either by means of a short-circuited auxiliary winding whose axis is perpendicular to the stator windings, or by joining two phases of one or each of the three-phase stator windings, which must be mounted in a star, and by supplying this winding through this junction and the third phase of the winding.
The number of peels of the exciter may be different from the number of poles of the machine. For polyphase machines, it is preferable that the frequency of the current supplied by the exciter is higher than that of the input current, by arranging the machine so that the magnetic field created in the air gap of the exciter rotates. in the opposite direction to the direction of rotation of the shaft, in order to reduce the influence of temperature variations on the resistance of the machine field winding. The exciter air gap should be as small as the mechanical limitations allow, as this reduces the value that the magnetizing current must have, as well as the losses, while obtaining a faster recovery of the voltage after sudden changes. load variations.
The aforementioned constant impedance is preferably predominantly reactive or capacitive, this impedance being, for example, constituted by a linear reactance coil (an unsaturated inductor associated with an air gap provided in its magnetic circuit) or by a capacitor. If a linear reactance coil is used, a capacitor can be connected to those of the input terminals of the stator windings of the exciter which are in series with this coil, the capacitance of the capacitor preferably being suitable. the reactance of the linear reactance coil corresponding to the output frequency of the machine.
This arrangement practically eliminates the reactive load applied to the machine by the excitation circuit; it also ensures that the machine is self-excited at start-up and reduces the influence of variations in the resistance of the field winding.
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To achieve self-excitation of the main machine, the arrangement described above can be replaced by a device comprising permanent magnets. Thus we can associate a permanent magnet with the machine or the exciter, or use an additional exciter consisting of a small permanent magnet comprising its own rectifier connected to the field circuit as, for example, described by the British Patent No 929,120.
1 With the arrangement described above, where the constant impedance is constituted by a linear reactance coil associated with a capacitor, it is possible to obtain a regulated voltage between 2 and 4% at all loads and for all power factors. If necessary, the voltage can be regulated in a more precise manner by superimposing on the arrangement described an additional regulating device, using, for example, in part of the excitation circuit, a transducer or a coil. of saturable reactance that regulates the direct output current of a device sensitive to a voltage and comprising, for example, a Zener diode so as to obtain a reference voltage applied to the output terminals of the machine,
in order to detect and correct any deviations of the output voltage from its normal value.
The invention can be implemented in various ways.
However, we will limit ourselves to describing only certain characteristic embodiments thereof, with reference to the accompanying diagrammatic drawings.
Fig. 1 shows a circuit of a three-phase alternator, the exciter of which is constituted by a three-phase frequency changer.
Fig. 2 illustrates a variant of the circuit shown in FIG. 1.
Fig. 3 represents a circuit of a three-phase alternator, the exciter of which is also constituted by a frequency changer.
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this three-phase,
Fig. illustrates a variant of the arrangement shown in FIG. 3.
Fig. 5 shows a circuit of a three-phase alternator comprising a variant of the three-phase frequency changer which comprises an auxiliary current transformer.
Fig. 6 illustrates a variant of the circuit shown in FIG. 5.
As shown in FIG. 1, a typical three-phase alternator 10, which has a rotor 10A and a stator 10B, is energized by means of a three-phase frequency changer 11. The three-phase secondary winding 12 of the frequency changer or exciter 11 is in with a three-phase rectifier 13, half-wave, connected to the terminals of a winding 14 which is part of the main machine 10 and produces a uniaxial rotating magnetic field, the winding 12 and the rectifier 13, which constitute the rotor of the exciter 11 , being mounted on the rotor shaft 10A of the alternator 10.
The stator of the frequency changer 11 comprises two three-phase primary windings 17 and 18 both connected in a star, a primary winding! re 17, being connected in series with the three-phase armature winding 19 of the alternator 10 so as to place the neutral point on the low voltage side of the winding 19. The primary winding 17 which supplies the current component which, being part of the current supplying the exciter 11, is a function of the load current.
The second primary winding 18, which supplies in the excitation current the component which depends on the output voltage, is in series with a three-phase linear reactance coil 20 connected to the output terminals 21 of the armature of the armature. The alternator 10. A three-phase capacitor 22, mounted in a triangle, is connected to the respective output ends of the three phases of the primary winding 18 in order to compensate for the reactive power and to initiate the self-excitation of the alternator 10 when switching it on, as pre-;
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previously described.
In the variant shown in FIG. 2, on which the elements already described are assigned the same reference numbers, the previous arrangement has been replaced by a three-phase capacitor 25 which, itself constituting the aforementioned constant impedance, is. in series with the star-shaped primary stator winding 18 of the exciter 11 and is connected to the output terminals 21 of the alternator 10.
In this combination of winding 18 and capacitor 25, which is in series with terminals 21, the phase connections are reversed with respect to those of the phases of winding 17 which, providing the current dependent component of load, remains, as before, in series with the armature winding 19 'of the alternator 10, so as to place the neutral point on the low voltage side.
In these cases, the rotor of the exciter 11 comprises a secondary winding 26 mounted in a triangle and connected to the main field winding 14 in series with a three-phase rectifier 27 rotating at two half-waves, mounted in a bridge. As before, the winding
26 and the rectifier 27 are mounted on the shaft of the rotor 10A of the alternator 10.
In the embodiment illustrated by FIG. 3, a typical single-phase alternator 30, the rotating field 31 of which is, as for the first embodiment, connected to the assembly constituted by the three-phase secondary rotor winding 12, mounted in a star of the exciter 11 and by the three-phase, half-wave field rectifier associated with this winding, all these members being mounted on the shaft of the rotor 30A of the alternator 30. The stator of the exciter 11 comprises the two three-phase primary windings
17 and 18, mounted in a star, two phases of each of them having their respective ends connected together by an external junction 32, in order to achieve quadrature damping.
Winding
18, which is in series with a 33 linear reactance coil connected
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at the terminals of the armature 34 of the alternator 30, has its connections respectively connected to its junction 32 and to the outer end of its third phase 35. The winding 17, which is in series with the armature 34 of the The alternator 30, on the low voltage side or at the neutral point, has its connections respectively connected to the external junction 32 bringing together two of its phases and to the external end of its third phase 35.
This embodiment further includes an additional exciter 40 having a permanent magnet and serving to initiate the excitation on start-up, as described in UK Patent No. 929,120. The exciter 40 comprises a stator 41 consisting of a permanent magnet, electromagnetically coupled with the stator of the exciter 11, and a three-phase rotor winding 42, star-mounted, in series with a three-phase rectifier 43, at half-wave, .l 'all of these two members 42 and 43 being connected to the terminals of the field 31 of the alternator 30, in parallel with the rotor 12-13 of the exciter 11.
The rotor 42-43 of the exciter 40 is also mounted on the shaft of the rotor 30A of the alternator 30, as is the rotor 12-13 of the exciter 11.
The alternator 30 shown in FIG. 4 differs from the previous alternator in that it comprises an auxiliary voltage adjustment device 50 slaved to the voltage across the terminals of the alternator 30 in order to regulate this voltage in a more precise manner.
In this arrangement, the device 50, which may comprise a Zener diode supplying a reference voltage, is connected respectively to the output terminals A and N of the alternator 30, the output terminals 51 of the direct current of the device 50 being connected. respectively at the ends of the adjustment winding * 52 of a transducer or of a saturable reaction coil 53 whose main winding 54 is connected respectively to the ends of the primary winding 18 of the stator of the exciter 11 , the winding 18 depending on the output voltage. The set made up of
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windings 53 and 18, mounted in parallel, is in series with the coil 33 connected to the terminals of the armature 34 of the alternator 30.
This arrangement allows an accurate closed-circuit adjustment which detects and corrects any deviations of the output voltage of the alternator 30 from the normal voltage thereof.
In the case where the aforementioned exciter must, according to the invention, be mounted on a large alternator, it may be that the number of turns of the primary winding of this exciter, which supplies the component depending on the charging current of the alternator (hereinafter referred to as the primary winding providing the current component) is practically insufficient and that a fraction of a turn must be added to it, for example, so that it has a total of 2, 5 turns.
This difficulty can be overcome by means of an additional current transformer whose primary winding is excited by the charging current of the alternator and whose secondary winding, which has a number of turns greater than that ' of its primary winding is in series with the primary winding which, in the exciter, provides the current component. If this additional transformer were to supply all of the power component supplying the exciter as a function of the current component of the alternator load, this transformer would have to have relatively large dimensions. These dimensions can however be reduced by connecting its primary winding between the armature of the alternator and the winding which, in the exciter, provides the current component.
Fig. 5 illustrates such an arrangement, in which a three-phase alternator 10 comprises an exciter 11, constituted by a three-phase frequency changer, forming part of a circuit generally arranged like the circuit shown in FIG. 2, similar elements retaining the reference numbers with which they are already assigned in this figure. However, the capacitor 25 (Fig. 2) is replaced by a three-phase linear reactance coil,
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20 (Fig. 1), but without shunt capacitor.
An auxiliary three-phase current transformer 60, mounted in the stator 10B of the exciter 11, has its primary 61 in series with the armature 19 of the alternator 10 and it is connected between this armature 19 and the primary winding 17 'which, in the exciter 11, provides the intensity component. The secondary 62 of the transformer 60 is connected in parallel across the terminals of the primary winding; mayor 18 which, in the exciter 11, supplies the component dependent on the voltage, the secondary 62 having terminals 63 for adjusting the output voltage.
The role of transformer 60 is to supply a small additional current component to winding 18 which supplies the excitation component depending on the voltage. Thus, the winding 18 will still supply the major part of the current component proportional to the output voltage of the alternator. 10, but it will also provide the aforementioned small component proportional to the charging current of the generator. alternator 10 and corresponding only to a small fraction of the total current flowing through winding 18.
In other words * ;, this arrangement benefits from the relatively large number of turns of the winding 18, and a tiny fraction of the intensity component depending on the load current (this portion would correspond to a fraction of a turn of the winding 17) is thus transmitted to the winding 18 by the transformer 60, which allows the winding 17 to have an exact number of turns.
Since the portion of the current component thus transferred by transformer 60 is small, this transformer could be very small.
The alternator 10 shown in FIG. 5 also comprises, as indicated at 65, a winding or a few turns surrounding the terminals of the rotor 10A, in order to obtain a damping effect. This achieves an effective short-circuit of the transient currents which, otherwise, could induce, in the field circuit of
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the alternator, voltages so high that they could put out of use the rotating rectifier 27 associated with the field winding 14.
The modification of the previous arrangement illustrated by FIG. 6 consists in mounting the transformer 60 in the stator 10B of the alternator 10. The general arrangement and the connections of the primary 61 and of the secondary 62 remain the same, the transformer
60, however, comprising an adjusting winding 66 which allows the degree of saturation of the soft iron core of the transformer to be adjusted
60 and thus vary the degree of compounding. Winding
66 is excited by means of an auxiliary rectifier 67 from an auto-transformer 68 in series with a saturated reactance coil '
69 comprising a toroidal core 70.
For a particular saturation point of the core 70, the coil 69 varies the impedance of the output circuit of the transformer 68 very sharply, the auxiliary terminals 71 making it possible to adjust this saturation point. Conductors 72 respectively connect the input terminals of transformer 68 to two of the three output terminals A, B and C of armature 19 of alternator 10.
It can therefore be seen that the auxiliary transformer 60 has the double advantage of preventing the winding 17 from having turn traction and of allowing extremely precise adjustment and stabilization of the output voltage of the alternator 10. By superimposing, in this simple manner, a precise adjustment of the voltage on the main compounding circuit of the alternator 10, the very stable and very precise re-establishment of the normal voltage of this alternator is ensured. With a circuit of this type, the voltage cannot be subjected to oscillations as a result of sudden variations in the load, as is sometimes the case with the embodiment illustrated by FIG. 4.