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"GENERATRICE AUTONOME A VITESSE REGLABLE"
L'invention est relative au fonctionnement d'une machine en cascade en génératrice asynchrone autonome entrai- née à vitesse constante, la caractéristique de la génératrice (couple résistant en fonction de la vitesse) étant réglable.
Il faut comprendre par autonome le fait que la machine est susceptible d'alimenter un réseau d'utilisation directement relié à ses bornes à une tension et une fréquence sensiblement constantes, sans faire appel à aucune génératrice synchrone.
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Dans la description on envisage le cas d'une géné- ratrice asynchrone avec changeur de fréquence en cascade, mais il est bien entendu que tout autre couplage cascade connu permettant de règler la vitesse à vide du moteur d'in- duction principal, et de compenser à vide la puissance magné- tisante du moteur d'induction, peut être employé sans sortir du cadre de l'invention.
La machine sera d'abord étudiée à vide.
I. - On considère en premier lieu une machine asynchrone dont le primaire est connecté au réseau, complétée par un changeur de fréquence qui lui, permet de débiter sur le réseau, dans la marche à vide, une puissance magnétisante que l'on peut ajuster à la valeur voulue, sans modifier sensiblement la vitesse à vide qui est toujours supposée voisine du synchronisme.
En agissant sur le dispositif de réglage les KVA débités à vide sont d'abord négatifs, passent par 0, croissent jusquà un maximum positif puis décroissent à nouveau.
Soit a - h l'intervalle de réglage pour lequel les KVA sont positifs.
Quand la machine est réglée au point a, elle n'é- change avec le réseau aucune puissance magnétisante; le réseau ne joue donc aucun rôle dans l'excitation.
La machine est maintenant réglée à l'intérieur de l'intervalle a, b. Sur le réseau la machine va débiter une puissance magnétisante. Si on la sépare du réseau en l'entrai- nant au synchronisme, la tension va se fixer à une valeur plus élevée que celle du réseau: la puissance magnétisante se dépensera à relever la tension. La tension sera maximum pour le réglage correspondant au maximum des KVA.
Si la tension du réseau vient à s'élever ou à s'abaisser, avec une machine non saturée le point de réglage a
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correspondent aux KVA nuls ne varie pas. Si la machine est alors supposée à l'arrêt et réglée dams l'intervalle a, b et qu.ton l'entraine sans aucune liaison avec le réseau, à la vitesse du synchronisme, la machine s'auto-excite, précisé- ment à la fréquence du réseau et à la tension indiquée plus haut, Par décalage des balais de a en c, on peut augmenter la tension.
II.- Si on considère en second lieu une machine asynchrone avec changeur de fréquence permettant de modifier la vitesse à vide; alors pour une vitesse à vide donnée, les KVA échangés avec le réseau sont une fonction de la loi de décalage qui peut être représentée par un schéma analogue à celui montré sur le dessin ci-annexé.
Toutefois les choses ne sont pas aussi simples car il y a une infinité de moyens d'obtenir une vitesse à vide donnée en disposant des deux variables: grandeur et phase de la tension injectée aux bagues. On peut trouver différents systèmes de valeurs de ces deux variables qui donnent la même vitesse à vide, mais les KVA à vide seront chaque fois différents.
On peut donc tracer la courbe telle que montrée sur la figure mais il faut porter en abscisses un système de deux variables, la représentation des KVA pour une vitesse à vide donnée ne peut se faire correctement que pour une courbe dans l'espace.
Ce qui a été dit précédemment du cas où l'on entraine la machine au synchronisme, s'appliquera alors ici pour la vitesse Nv la machine entraînée à la vitesse Nv s'amorcera à vide à la fréquence du réseau,
Il en résulte que la génératrice étant amorcée. à vide à la fréquence du réseau, entraînée à la vitesse Nv, avec ses balais réglés pour avoir en moteur la vitesse Nv,
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aucune autre fréquence ue la fréquence du réseau ne peut s'établir aux bornes.
Par conséquent si on modifie la vitesse d'entrai- nement de Nv à N'v et que simultanément on règle les balais à la position correspondant à la vitesse N'v en moteur à vide, la fréquence restera à vide celle du réseau.
La; liaison entre la vitesse d'entrainement Nv constante de la génératrice et la position des balais (ou du dispositif de réglage) qui correspond en moteur à la vitesse Nv, est une disposition caractéristique de l'invention sur laquelle il sera revenu ultérieurement.
La machine peut être maintenant considérée en marche en charge.
On charge la génératrice type 1, supposée amorcée à vide avec sa tension et sa fréquence normales.
La fréquence baisse quand la charge augmente, la vitesse étant maintenue constante, conformément à un principe général relatif au fonctionnement de la génératrice d'induc- tion à vitesse constante.
Cela est vrai quelle que soit la vitesse de rota- tion constante. La fréquence est une fonction déterminée de la charge, pour le réglage considéré.
La génératrice va suivre la caractéristique couple- fréquence correspondant au calage actuel des balais.
Le fonctionnement en autoexcitation qui vient d'être décrit ne peut pas permettre un fonctionnement indus- triel pour les raisons suivantes:-
1 - La saturation de la machine doit être exactement prédéterminée pour obtenir à vide la tension d'amorçage qui convient. Or on ne dispose d'au- cun moyen de réglage pour ajuster cette tension, et par suite un mécompte dans la perméabilité
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des tôles conduira à une tension différente de celle désirée.
2 - Le phénomène de l'autoexcitation peut être irré- gulier si le rémanent des tôles n'est pas suffi- sant, ce qui oblige à prévoir une excitation auxiliaire pour rétablir le rémanent.
3 - Le calage qui convient, dans le cas d'entraine- ment à une vitesse à vide Nv, différente du syn- chronisme, pour avoir des KVA nuls et amorcer par la suite à la tension du réseau, est très délicat à trouver et correspond à une certaine caractéristique couple-vitesse laquelle ne con- viendra pas en général pour le fonctionnement en charge. Il faudra donc passer à une autre carac- téristique pour la charge, faire sans perturba- tion la transition de la position de réglage à vide à celle qui convient en charge. Un tel ré- glage est impraticable.
4 - Le réglage de la tension n'est pas praticable:
Pour une charge wattée déterminée, les !-VA deman- dés par le réseau récepteur sous la tension nor- male sont déterminés (le réseau récepteur possède une courbe déterminée des KVA en fonction des Kw absorbés).
Les KVA correspondant à la caractéristique de la génératrice sont également déterminés, Par suite la différence entre les KVA demandés par le réseau et ceux fournis par la caractéristique, amène une élévation ou une baisse de tension selon que ces
KVA sont en excès ou en défaut. Il faudrait un régulateur modifiant la caractéristique des KVA sans changer la vitesse à vide (en moteur) de la
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génératrice pour ne pas varier la fréquence, qui ne reste celle voulue que si pour la vitesse de rotation constante actuelle la vitesse en moteur a vide n'a pas variée.
Toutes ces difficultés obligent à écarter le fonction- nement en autoexcitation.
La présente invention a pour objet de remédier à tous les inconvénients signalés ci-dessus, par l'adjonction d'une machine auxiliaire qui peut être de dimensions réduites par rapport à celles de la machine principale.
Elle consiste à prévoir en parallèle avec le primaire de la cascade, une machine synchrone à excitation réglable.
Cette machine est initialement entrainée par un moteur auxi- liaire à la vitesse de synchronisme correspondant à sa pola- rité et à la fréquence nominale du réseau.
Elle est excitée de manière à obtenir la tension nor- male aux bornes communes, la machine d'induction principale étant entrainée à la vitesse Nv désirée, avec la liaison entre Nv et la position des balais ou du dispositif de régla- ge, qui a été indiquée comme l'un des moyens caractéristiques de l'invention.
La puissance magnétisante fournie ainsi à vide par la machine synchrone peut être très faible si le calage des balais pour la vitesse considérée s'écarte peu du point a du dessin. Cette puissance magnétisante est positive ou négative selon que le réglage est à droite ou à gauche du point A .
On est ainsi maître de régler la tension à la valeur voulue sans aucune difficulté relative à la saturation et sans avoir à compter sur l'auto excitation. La stabilité de la tension sera assurée par la machine synchrone auxiliaire.
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Une fois le système ainsi mis en service, on supprimera le moteur d'entraînement de la machine synchrone qui fonctionnera à vide en simple condensateur.
Le fonctionnement en charge se fera à fréquence décroissante, avec une chute de fréquence correspondant à la chute de vitesse que l'on aurait en moteur sur la carac- téristique correspondant à la même vitesse à vide ; onrè- glera l'excitation du condensateur synchrone pour maintenir la tension.