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DISPOSITIF AUTOMATIQUE DE COUPLAGE EN PARALLELE DES MACHINES SYNCHRONES '-
Dans les cas où la mise en parallèle des alternateurs doit pou- voir sa faire le plus rapidement possible ou dans le cas de centrales entièrement automatiques, on prévoit des appareils permettant de réaliser automatiquement le couplage en parallèle des alternateurs avec les barres générales* La vitesse de l'alternateur à coupler est réglée manuellement en agissant sur le régulateur du moteur qui l'antraine ou bien automatiquement à l'aide d'un synchroniseur automa- tique et l'appareil de couplage automatique intervient pour fermer la disjoncteur ou la contacteur de mise en parallèle,
au moment où les conditions requises sont réalisées*
On a proposé à cet effet des appareils mécaniques qui réalisant le couplage au moment où les tensions développées par l'alternateur à mettre en @
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parallèle avec un réseau sont en concordance de phase avec les tensions cor-
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respondantes aux bornes du jeu de barres raccordé à ce réseau* Des disposi- tifs particuliers ne doivent permettre cet enclenchement que si la vitesse relative de rotation des phases de l'alternateur et du réseau descend en des- sous d'une limite fixée d'avance suivant la nature des générateurs utilisé**
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Les dispositifs mécaniques proposés jusqu'à présent sont coapliqués.
Ils ne réalisent une sûreté de fonctionnement absolue qu'au prix d'une construction extrêmement précise qui les rend particulièrement coûteux* Ils comportent, en général, des voies de contacts qui sont d'un entretien délicat*
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La présente invention, système Je HOF1!1fA!m, prévoit un appareil de couplage automatique entièrement statique , ne comportant aucun organe délicat mobile! l'appareil proposé par l'invention n'est pas sujet à se dé- régler et il assure une sécurité de fonctionnement beaucoup plus grande que les appareils de ce genre proposés jusqu'à présent.
En principe, conformément à l'invention, les tensions des alter- nateurs à coupler redressées par des moyens quelconques appropriés eu la ten- sion résultante redressée, ou une combinaison de ces tensions agissent sur
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la grille d'une lampe triode appropriée (de préférence à remplissage gaasux telle qu'un thyratron par exemple) de manière à rendre celle-ci conductrice au moment où les conditions de mise en parallèle sont réalisées* Le courant
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traversant alors le thyratron actionne soit directement, sait par lUnt8l1Ú- diaire d'un relais,
la bobine du contacteur ou du disjoncteur qui doit réali- ser la mise en parallèle*
On comprendra mieux l'invention en se référant à la description suivante accompagnée des dessins donnés à titre d'exemples nullement limita- tifs et dans lesquels
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La Fig.l représente schématiquement une disposition contorlae l'invention d'un appareil de couplage d'alternateurs réalisant ce que l'on est convenu d'appeler la "synchronisation à l'allumagoà La Big'2 représente une disposition simplifiée analogue à celle qui est représentée à la Fig-1- La Flg*3 représente une disposition différente applicable au cas où la synchronisation se fait à l'extinction et particulièrement adaptée au cas où l'alternateur à synchroniser est muni
d'un régulateur automatique @ de tenaient
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La Flg.4 représente un diagramme explicatif,, La synchronisation à l'allumage présente l'avantage d'éviter une fatsse manoeuvre provoquée par la fonte d'un fusible, par exemple, dans le circuit d'alimentation d'un dee transfol1l1ateurs de tension* Elle a l'inconè ventant de rendre la détermination de la concordance de phase beaucoup moins précise* 0mfonnémen% à la Tig.l, l'alte1'.l1ateur 1, dont les phases sont numérotées I', II', III', peut être branché en parallèle avec un réseau soli- daire des barres I, II, III au moyen d'un disjoncteur automatique ou d'un con- tacteur appropriée 2 commandé par une bobine électromagnétique 3, par exemple.
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Les barres II & III sont connectées à un transformateur de ten- sion dont le secondaire est relié aux barres de syuchzonisatlon 1 et e- De mhle, les bornes correspondantes II' et III' de l'alternateur sont connectées au transformateur de tension 5 dont le secondaire est relié, de façon conve-
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nable, aux barres de synchronisation jµ% 1 Ces dispositions, bien connues de la technique, ne font pas partie de l'invention et sont indiquées pour faciliter la compréhension de ce qui va suivre*
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Les tensions entre les barres.! ... a et ....2 sont respectivement proportionnelles aux tensions entre les barres principales correspondantes II, III et II', III'.
De plus, l'une des deux tensions est inversée par rapport à l'autre, la synchronisation se faisant à l'allumage*
Le transformateur 7 branché entre les barres de synchronisation .si. et ! alimente par son secondaire un condensateur 10, par l'intermédiaire d'un redresseur 17. Ce dernier peut être d'un type quelconque, par exemple
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un redresseur à contact oxyde de cuivre/C:CI""ne. ou un redresseur thomionique.
On a représenté conventionnellement par la flèche le sans de circulation du courant. On voit ainsi que la borns de gauche du condensateur 10 se charge positivement par rapport à la borne de droite*
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La capacité 10 est shuntéo par une résistance 14 de manière que la tension continue à ses bornes reste toujours proportionnelle à la ten-
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sion alternative entre les barres .si. et a.
De la marne manière, le traue:rormateur 8 branché entre les barres et 1 alimente le condensateur 11 shunté par la résistance 15, par l'intonnt- diaire d'un redresseur 16 analogue au redresseur 17. Comme on peut s'en rendre
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compte, la borne de gauche du condensateur 11 est portée par rapport à la ber- ne de droite à un potentiel positif proportionnel à tout Instant à la tension alternative entre les barres .!. et b.
Le transformateur 6 branché entre les barres .! et b est *omis
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à une tension alternative proportionnelle à la différence dea tensions CJ:1;ft bilmes homologues de l'alternateur et des barres principales* Cette tension passe par conséquent par un maximum au manant où. les tensions aux bornes do l'alternateur Il, 11,111' sont en phase avec les tensions homologues aux bar- res générales I, II, III.
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Représentons conventionnellement (Fig-4) par des vecteurs à et OB les tensions alternatives en un instant donné aux bornes respectives 11-DCdu eu de barres et III-Et de l'alternateur* Les directions relatives de ces vecteurs peuvent représenter également, conventionnellement, les posi-
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tions relatives au mne instant des roues polaires de deux alternateurs bipo- laires monophasés identiques fictifs A et B qui développeraient respectiT888nt à cet Instant les tensions Il -IE et II' -'pi': Si on prend corne référence le vecteur OA, les vitesses de rotation des alternat euis L et B n'étant pas idm- tiques, le vecteur à tourne par rapport au vecteur 0 à une vitesse aorres- pondant à la différenoe de vitesse des alternateurs A et B.
Les conditions de mise en parallèle sont satisfaites au moment où , dans son mouvement de rota-
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tion, le vecteur OB représentant la tension II' -TIt vient colnaider avec le vecteur 6l représentant la tension II-TITau jeu de barres* La tension entre barres de synchronisation o et !. est, en rai-
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son des connexions, en phase avec la tension II-met peut %tre représentée par un vecteur a confondu en direction avec le vecteur 0L La tension en- tre barres de synchronisation o et 1 est à tout instant déphasée de % sur la
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tension OB et peut être représentée par un vecteur .!!.,
} opposé au vecteur ôT> La tension appliquée au transformateur 6 est la différence des tensions @ a et o b et peut évidemment être représentée à chaque instant par le vecteur b a.
Au moment où les conditions de mise en parallèle sont satis-
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faites, le vecteur tl vient se placer en !..1!!.. opposé à et la tension appliquée aux bornes du transformateur 6 passe par un maximum représenté par la vecteur b. a.
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Le transformateur 6 alimente une capacité 9 par l'intermédiaire d'un redresseur 16 analogue aux redresseurs 18 et li, le condensateur 9 se charge à travers une résistance réglable 19 qui permet d'ajuster la constante de temps du circuit de charge* Le condensateur peut se décharger à travers une résistance de shuntage appropriée 13'
On pourra naturellement remplacer le transformateur 6 par deux tertiaires identiques mis en série et placés respectivement sur les trans- formateurs 7 et 8.
Cette disposition aura l'avantage, comme on pourra s'en, rendre compte parla suite, d'éviter un enclenchement intempestif en cas de mise hors service accidentelle de l'un des transformateurs de tension*
Comme il est indique, les condensateurs 9, 10 et 11 sont con- nectés en série- L'extrémité de gauche du condensateur 9 et l'extrémité de droite du condensateur 11 sont reliées respectivement par les conducteurs 20 et 21 à la cathode et à la grille d'une triode 26. Cette lampe peut litre à vide ou à remplissage gazeux, Elle comporte une cathode à chauffage direct ou chauffée indirectement par un filament 27. L'anode de cette lampe est reliée à l'extrémité de droite du secondaire du transformateur 6 par l'intermédiaire du primaire d'un transformateur 22.
Il est bien entendu que, sans sortir pour cela du cadre de l'invention, l'alimentation de l'anode de la triode pourrait se faire d'une toute autre manière appropriée.par une source de courant oonti- nu par exemple*
Le secondaire du transformateur 22 est relié entre la cathode 29 et la grille 30 d'une triode à remplissage gazeux au thyratron 32 par l'intermédiare d'une résistance de protection 28. La grille 30 est shuntée par un condensateur 33 pour éviter des allumages intempestifs du thyratron sous l'effet d'ondes mobiles pouvant se déplacer sur les conducteurs venant de la source de courant continu 34. La bobine d'enclenchement 3 du disjonc- tour 2 est mise en série avec la source de courant continu 34 et le thyratron 32.
Cette source peut parfaitement être remplacée, si on le désire, par une source de tension alternative- Das contacts auxiliaires peuvent naturellement être prévus sur le oontacteur pour mettre le thyratron hors service après 1 ' enclenchement*
La disposition qui vient d'être décrite fonctionne de la façon suivante :
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Lorsque la fréquence fl de l'alternateur n'est pas égale à @@ fréquence f2 de la tension du réseau, la tension aux bornes du condensateur $ oscille entre deux valeurs à une fréquence égale à la moitié de la différence f1 -f2 de ces fréquences* Si les fréquences f1 et f2 sont très voisines, ces valeurs sont respectivement proportionnelles à la différence et à la somme des valeurs maxima des tensions de l'alternateur et du réseau* Si la différence des fréquences f1 - f2 augmente, il arrive un moment où, en raison de la cons- tante de temps du circuit de charge du condensateur 9, ce dernier n'a pas le temps de suivre les fluctuations de tension du transformateur et les limites inférieure et supérieure de tension se rapprochent.
D'autre part, la somme des tansiem sux bornes des condensateurs 10 et 11 est Constamment proportionnelle à la somme des valeurs maxima des tensions de l'alternateur et du réseau- Si on a soin de disposer les choses pour que les coefficients de proportionnalité soient approximativement égaux.
la tension continue résultante apparaissant entre les conducteurs 20 et 21 oscille entre deux valeurs négatives dont la plus faible en valeur absolue se présente au moment où les tensions homologues de l'alternateur et du réseau @@ trouvent en phase,, Si cette valeur minimum est supérieure en valeur absolue à la tension de bloquage de la triode, celle-ci n'est parcourue par aucun courant anodique et le thyratran ne peut pas s'allumer* Bitte valeur minimum de la tension entre 20 et 21 tend vers zéro lorsque l'alternateur tourne au synchre- nisme .Au moment où. la tension entre 20 et 21 atteint une valeur négative mi- nimum donnée, la lampe 26 est débloquée et le courant de plaque traversant le primaire du transformateur 22,
induit dans le secondaire une tension tendant à amorcer le thyratron, ce qui provoque la fermeture du disjoncteur 2. Le thyratron 32dsera de préférence du type à contrôle positif de grille, c'est- à-dire qu'il faut, pour l'amcrcar, appliquer sur la grille une tension positi- ve par rapport à la cathode*
On peut modifier la différence maximum admise des fréquences f1- f2 de l'alternateur et du réseau pour laquelle la mise en parallèle peut se faire en modifiant la valeur de la résistance 19- pour tenir compte du temps de fermeture du disjoncteur eu du contacteur de mise en parallèle, il convient de provoquer l'amorçage du thy- ratron un peu( avant que les conditions de synchronisation soient satisfaite)
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Cette avance peut être aisément obtenue et ajustée à la valeur convenable soit en introduisant une polarisation positive réglable en série dans le oir- cuit de grille de la triode 32 , soit en prévoyant, au secondaire du transfor- mateur 6, des prises permettant de modifier son rapport de transformation*
La lampe triode 86 représentée à la fréquence 1 n'est pas absc- lument nécessaires Elle a l'avantage d'augmenter la sensibilité en permettant l'application à la grille du thyratron d'une tension relativement élevée, ce qui rend le fonctionneemtn du dispositif indépendant dos caractéristiques du thyratron*
On a représenté à la Fig.2, la marne disposition qu'à la Fig.1 mais dans laquelle la résultante des tensions des condensateurs 9 ,
10 et 11 est appliquée directement entre cathode et grille du thyratron par l'intermé- diaire des conducteurs 20 et Si* Dans ce dernier cas, le thyratron pourra être du type à contrôle de grille négatif*
A la Fig.3, on a représenté, à titre d'exemple, un dispositif d'enclenchement automatique d'alternateurs basé sur le principe de la synchro- nisation à 1'extinction* Ce dispositif suppose que les tensions des deux al- ternateurs à synchroniser restent approximativement égales, ce qui est le cas lorsque les alternateurs sont munis de régulateurs automatiques de tension*
Dans le cas de la Fig.3, les transformateurs de tension 4 et 5 (Fig.1) nom représentés,
sont connectés respectivement aux barres de synchro- nisation c-@ et o-b de manière que les tensions c a at o b soient maintenant en phase lorsque les tensions correspondantes des deux alternateurs à coupler sont en phase, c'est-à-dire lorsque sont satisfaites les conditions de synohro- nisation*
Le transformateur 43 comporte un primaire 40 branché entre les bornes a at b et un secondaire 42 à prise médiane 42'.
Lorsque les conditions de synchronisation sont remplies, la tension alternative aux bornes du secon- daire 42 tend vers zéro- Le point médian du secondaire 42 est connecté par l'intermédiaire des résistances 60 et 51 à la cathode d'une lampe thermioni- que à plusieurs électrodes 53 connue sous le nom de double diode triode* Cette lampe comporte une cathode 46 pouvant par exemple être chauffée indirectement par le filament 54, deux anodes auxiliaires 44 et 45, une grille 47 et une anode principale 48.
Les extrémités du secondaire 42 sont respectivement con-
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nectées aux anodes 44 et 45' La résistance 50 très supérieure à. la résistance 51 est shuntée par une capacité 52. La cathode est connectée à la barre de synchronisation a. La grille 47 est reliée par le conducteur 55 au point mé- diau du transformateur tandis que l'anode 48 est connectée à la barre de syn- chronisation o,par l'intermédiaire d'un transformateur 49 dont le secondai- re est connecté entre la cathode 56 et la grille 57 d'un thyratron 59 par l'intermédiaire d'une résistance de protection 60. La grille du thyratron est shuntée par une capacité 61 pour les raisons indiquées plus haut (Fig.1).
Le thyratron 59 est, de préférence, un thyratron à contrôle de grille positif* La bobine 3 du disjoncteur ou du contacteur 2 est alimentée par une s ource de tension appropriée 34 à courant continu par exemple, par l'intermédiaire du thyratron 59'
Le fonctionnement du dispositif représenté à la Fig.3 est le suivant :
Lorsque les conditions de mise en parallèle ne sont pas remplies c'est-à-dire lorsque les tensions correspondantes des deux alternateurs ne sont pas en phase, la tension apparaissant de ce fait aux bornes secondaire du trans- formateur 43 est redressée par la double diode* Le condensateur 52 se charge et la grille de la triode est polarisée en dessous de la tension de bloquage du courant anodiques Si les alternateurs glissant trop rapidement l'un par rap- port à l'autre, la tension alternative s'@nnuls chaque fois que sont satisfai- tes les conditions de synchronisation, mais en raison de la valeur élevée de la résistance 50,
le condensateur 52 n'a pas le temps de se décharger complète- ment à chaque passage des tensions à la concordance et le circuit anodique rest@ bloqué*
Si, manuellement, ou sous l'action d'un synchroniseur automatique la vitesse de l'alternateur à coupler se rapproche de la vitesse du synchrenis- me, il arrive un moment où le condensateur 52 a le temps de se décharger suffi- samment pour dépolariser la grille en dessous de la tension de bloquage Le courant anodique qui s'écoule alors à travers le primaire du transformateur 49 induit, dans le secondaire une tension suffisante pour amorcer le thyratron, ce qui entraîne la fermeture du disjoncteur ou dé contacteur 2.
De marne qu'à la Fig.2, la tension entre la cathode 46 et le point médian du secondaire 42 peut titre appliquée direct amant entre cathode et grille
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du thyratron, mais le fonctionnement dans ce cas sera moins précis.
On peut régler l'appareil pour obtenir un fonctionnement pour une différence donnée quelconque des fréquences des alternateurs à mettre an parallèle en modifiant soit la capacité 52, soit la résistance de shuntage.
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