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" REGULATEURS DE GENERATRICES. "
La présente invention est relative à la répartition de puissance dans une distribution où des génératrices et des appareils d'utilisation sont disposés en série formant un circuit unique dans lequel circule un courant de valeur substantiellement constante.
Quand un tel circuit comprend plusieurs générateurs, le problème se pose de répartir la charge uniformément entre eux pour éviter que le potentiel des bornes par rapport au sol ne dépasse une valeur prédéterminée; la présente invention permet de réaliser automatiquement la régulation désirée.
Parmi les génératrices suseeptibles d'être utilisées suivant l'invention, on peut mentionner les dynamos du type Kraemer (dynamos à trois enroulements) et les métadynes.
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Une métadyne consiste essentiellement en un rotor comportant un enroulement et un collecteur portant plus de deux balais par paire de pôles d'enroulement et en un stator offrant un circuit magnétique de faible reluctance au flux engendré par les ampères-tours du rotor ; la disposition du air- cuit, la métadyne peut être une métadyne génératrice qui est entraînée par un moteur quelconque et qui engendre le courant ou une métadyne transformatrice qui transforme la puissance électrique à tension constante qui lui est fournie en puissance à intensité constante.
Dans les deux cas, le jeu de balais appelés balais primaires est maintenu à une différence de potentiel substantiellement constante et l'autre jeu de balais appelés balais secondaires fournit un courant de valeur substantiellement constante. Le fonctionnement de la métadyne est basé sur ce fait que la force électromotrice Induite entre les balais primaires est essentiellement créée par le flux engendré par les ampères-tours de rotor dùs au courant, dit secondaire, parcourant les balais secondaires et, symétriquement, que la force électro-motrice induite entre les balais secondaires est essentiellement créée par le flux engendré par les ampères-tours de rotor dûs au courant, dit primaire, parcourant les balais'primaires.
La métadyna étant tout particulièrement propre à l'alimentation des circuits en série, sera principalement consi@ dérée au cours de cette description qui peut toutefois s'appliquer à toute génératrice débitant un courant essentiellement constant.
Un autre but de l'invention est de fournir les moyens de modifier la caractéristique de chaque source chaque fois que la répartition des charges est déséquilibrée ou que le potentiel d'une des bornes des sources tend à dépasser, par rapport à la terre,le potentiel limite, la modification ainsi produite de la caractéristique étant telle que la charge tende encore à être également répartie entre les différentes sources et que le potentiel à la borne considérée tombe au-dessous de la limite admissible.
Faisant référence aux figures, on voit en : - fig.l, un arrangement général d'une distribution avec métadynes en série; - fig.2, un diagramme des caractéristiques des métadynes du système suivant Fig.l; - fig.3, 4 et 5, les schémas d'enroulement du stator d'une métadyne fonctionnant suivant l'invention; - fig.6, l'arrangement général d'une distribution série alimentée par une
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métadyne d'un type spécial; - fig.7, le schéma d'une des métadynes de la fig.6; - fig. 8,9, 10 et 11, un schéma d'ensemble de distributions série alimentées par trois métadynes; - fige 12 et 13, une métadyne comportant des dispositifs suivant l'invention;
- fige 14 et 15, des installations générales avec des métadynes suivant les types des fig. 12 et 13, fige 16, une génératrice suivant l'invention; - fig.17, une distribution série complète alimentée suivant l'invention par des dynamos Kraemer; - fige 18, 19 et 20, d'autres schémas d'enroulement comprenant des métadynes,
En Fig.l, les métadynes sont en MTl, MT2 et MT3 et les appareils d'utilisation en Ul@ U2, .... U18, Les balais de la métadyne a et c sont les balais primaires et b et d sont les balais secondaires.
Les métadynes peuvent être transformatrices ou génératrices, aucune distinction n'étant faite sur les gravures entre ces deux types. Si les métadynes étaient parfaitement similaires et tournaient en synchronisme, la charge serait répartie également entre elles.
Pratiquement, les métadynes ne sont pas identiques par suite des inégalités dues à leur construction, de même leurs vitesses de rotation ne sont point parfaitement synchrones. 0'est pourquoi leur caractéristiques fondamentales représentées Fig.2 par les lignes aa, bb, cc ne coïncident pas absolument. La caractéristique fondamentale d'une métadyne est celle du courant secondaire I2 en fonction du voltage Vbd fourni par la métadyne à ses balais secondaires: on voit qu'elle est représentée par une courbe légèrement inclinée au lieu d'être une droite parallèle à l'axe des abscisses. Si l'ordonnée de la parallèle aux abscisses Pa, Pb, Pc représente la valeur actuelle du courant, les abscisses correspondant respectivement à ces points représentent les voltages fournis par les trois métadynes et partant leurs charges respectives.
Ces voltages sont différents ainsi que les potentiels aux bornes des métadynes, par rapport à la terre,
Suivant la présente invention, les métadynes sont manies d'enroulements de stator spéciaux qui modifient légèrement les caractéristiques des métadynes en vue d'équilibrer leurs charges et de réduire leur
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potentiel par rapport à la terre.
Cet enroulement, suivant l'invention, a son axe magnétique placé dans une telle direction qu'il induit une force électro-motrice entre les balais primaires; la fig.3 montre schématiquement cet enroulement W.
En modifiant le courant parcourant cet enroulement pour créer des ampères-tours dont la composante, sur l'axe de commutation des balais se- condaires bd a la même direction que les ampères-tours de rotor dus au courant secondaire, la caractéristique fondamentale de la métadyne se trouve abaissée; par contre, si le courant parcourant cet enroulement W crée des ampères-tours dont la composante a une direction opposée à celle des ampères-tours de rotor dûs au courant secondaire, la caractéristique secondaire de la métadyne se trouve relevée.
L'enroulement W considéré est dénommé enroulement "Variateur".
La Fig.4 donne le schéma d'une métadyne arec un enroulement variateur disposé suivant l'invention pour contrôler le potentiel du balais a par rapport à la terre; à cette fin, le variateur est shunté entre le balai a et la terre T, et la connexion est telle que lorsque le potentiel du balai a tend à croître, le variateur W engendre un supplément d'ampères-tours suivant l'axe de commutation des balais secondaires 1 et 4 de même sens que les ampèrestours de rotor dùs au courant secondaire; de la sorte, la caractéristique fon- damentale de la métadyne est abaissée quand le potentiel du balai A tend à croître.
Il est évident qu'au lieu d'être connecté entre le balai primaire .il. et la terre comme représenté fig.4, le variateur pourrait être connecté entre la terre et un quelconque des balais primaires ou secondaires de la métadyne.
Au lieu de contrôler le potentiel du balaie a, il est souvent préférable de contrôler le potentiel moyen de la métadyne par rapport au sol; à cet effet, le variateur W est connecté, suivant la fig.5, au sol à une de ses extrémités et son autre extrémité est reliée au point milieu d'une résistance RR' connectée aux balais primaires a et c.
Il a été dit qu'un voltage substantiellement constant est appliqué entre les balais primaires de la métadyne,, Dans un cas particulier, ce voltage constant peut être zéro et les balais primaires sont simplement court-circuités.
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La Fig.6 montre une distribution série avec des métadynes ayant leurs balais primaires courtcircuités, Dans ce cas, les balais primaires déterminent le potentiel moyen par rapport au sol. La connexion du variateur contrôlant le potentiel de la métadyne est indiqué fig.7.
La Fig.B donne le diagramme général d'un système à métadyne dans lequel, suivant l'invention, le variateur a pour but d'équilibrer les charges. Le variateur W de chacune des trois métadynes est connecté entre les balais secondaires de chacune des machines et le sens de la connexion est tel que lorsque le voltage secondaire Vbd augmente, la caractéristique fondamentale est abaissée et vice versa.
La Fig.9 donne une modification du schéma précédent; chacune des trois métadynes a deux enroulements variateurs Wa et Wb, chacun d'eux engendrant des ampères-tours proportionnels au voltage absorbé par les appareils d'utilisation connectés de part et d'autre de chaque métadyne, Le variateur Wb de la métadyne MT et le variateur Wa de la métadyne MT2 sont connectés en série et alimentés par le balai b de la métadyne MT1 et le balai d de la métadyne MT2. Cette disposition est répétée symétriquement pour chacun des autres variateurs. L'effet des variateurs est d'élever la caractéristique fondamentale de la métadyne associée quand le voltage à leurs bornes s'élève, c'est-à-dire lorsque croit la charge des appareils d'utilisation associés.
Ainsi, une métadyne tend à donner un plus grand débit quand les appareils d'utilisation connectés directement à sa droite ou à sa gauche exigent plus de puissance, ceci ayant pour effet d'assu- rer une distribution satisfaisante de la puissance et d'éviter de hauts potentiels aux bornes.
Evidemment, les divers arrangements décrits séparément plus haut peuvent être combinés sur la même machine. La Fig.10 montre ainsi l'appli- cation sur les mêmes machines des dispositifs représentés fig.5 et fig.9.
Pour des raisons de simplicité, les figures mentionnées ne représentent que les enroulements variateurs relatifs à la présente invention à l'exclusion de tous autres enroulements de stator ; cependant les métadynes sont supposées être munies de tous autres enroulements de stator nécessaires à la marche satisfaisante des machines.
Pour assurer un fonctionnement encore meilleur de la métadyne, il est utile de la munir d'un enroulement variateur appelé "fondamental"; les
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enroulements variateurs décrits jusqu'ici et qui sont utilisés pour connecter des métadynes en série étant appelés variateurs "complémentaires".
Dans les figures précédentes, tous les variateurs complément taires sont indiqués agissant directement sur les métadynes; cette disposition convient pour des machines de relativement faible puissance; pour des métadynes plus puissantes, il est utile d'adopter un simple enroulement variateur sur la. métadyne et de l'alimenter par une petite génératrice auxiliaire possédant un nombre d'enroulements d'excitation correspondant au nombre de variateurs rempla- cés par ce simple enroulement variateur alimenté par la génératrice auxiliaire.
La fig.11 est ainsi dérivée de la fig.10 et montre un simple enroulement variateur W sur la métadyne. Le variateur est alimenté par une petite génératrice DA portant trois enroulements de champ Fa Fb Fe correspondant aux trois variateurs complémentaires Wa Wb Wc de ma fig.IO; naturellement, la génératrice auxiliaire DA sera pourvue de l'enroulement de champ nécessaire pour faire fonctionner la métadyne seule, indépendamment de sa connexion en série avec les autres.
Pour améliorer encore la régulation, on peut faire usage d'un vibreur comme montré Fig.12. Le courant dans le variateur W est réglé par la vibration continuelle d'une armature fermant et ouvrant le contact V sous l'action de l'électro-aimant N court-circuitant la résistance Rv ou la mettant dans le circuit. Le variateur est alimenté par une source quelconque à courant continu.
Au lieu de régler le courant du variateur on peut aussi, de la même manière, régler le courant de l'enroulement de champ F de la génératrice auxiliaire DA qui alimente à son tour le variateur W.
La Fig.14 montre un diagramme général dérivant de celui de la Fig.IO où, au lieu d'agir directement sur le variateur, on agit sur l'enroulement de champ F d'une génératrice auxiliaire au moyen d'un vibreur V dont le noyau N porte trois enroulements Ca, Cb et Ce correspondant aux trois variateurs complé- mentaires Wa, Wb et Wc de la fig.10.
La Fig.15 a été obtenue de façon similaire en appliquant les connexions des figures 5 et 8 et ajoutant un vibreur V et une génératrice auxiliaire DA. La bobine Ca sur le noyau de l'électro-aimant correspond au variateur complémentaire W de la fig. 8 et la bobine Oc correspond au variateur complémentaire W de la Fig.5.
Toutes les figures considérées jusqu'ici se réfèrent à des
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métadynes, mais il est évident, comme exposé déjà, que l'invention peut s'appliquer à n'importe quel type de génératrice employé. comme source de puissance dans un système à distribution série.
La Fig.16 montre ainsi 1'application faite à une génératrice Kraemer ou à trois enroulements. La génératrice KR porte un enroulement anticompound K, un enroulement shunt H et un enroulement à excitation séparée L auquel a été appliquée l'invention, le courant dans ce dernier étant réglé au moyen du vibreur V qui est responsable du potentiel de la machine par rapport à la terre. La disposition de la génératrice à trois enroulements de cette figure dérive de la disposition de la métadyne représentée figure 5.
La Fig.17 donne la disposition générale d'une distribution complète comprenant des génératrices à trois enroulements KRl, KR2, KR3, chacune avec une génératrice auxiliaire DA et un vibreur V, cette figure étant dérivée de la figure 15.
Dans les Fig. 11, 13, 14 et 15, le variateur W de la métadyne est alimenté par une génératrice auxiliaire DA; au lieu d'une génératrice, on peut employer une métadyne auxiliaire MC comme montré aux Fig.18 et 19, et, au lieu d'agir sur le champ de la génératrice auxiliaire, on peut agir sur les variateurs des métadynes auxiliaires, les autres parties de l'arrangement restant inchangées. Ainsi les diagrammes complets des figures 18 et 19 correspondent aux diagrammes des figures 11 et 15 respectivement avec la seule différence que la génératrice auxiliaire DA est remplacée par une métadyne auxiliaire MC, Une dynamo Kraemer peut remplacer la métadyne auxiliaire et vice versa,
Dans le cas d'une métadyne génératrice avec dynamo primaire,
l'invention peut être appliquée en agissant sur le voltage de la dynamo primaire au lieu d'agir sur le variateur de la métadyne génératrice; en fait, la valeur du courant secondaire varie dans le même sens que le voltage primaire; en modifiant celui-ci, on modifie la caractéristique fondamentale de la métadyne; en augmentant le voltage primaire, on élève la caractéristique et en diminuant le voltage primaire on abaisse la caractéristique fondamentale.
Dans ce cas on dispose autant d'enroulements de champ sur la dynamo primaire qu'il y avait de,variateurs sur les arrangements décrits plus haut.
La figure 20 donne un exemple d'arrangement dérivant de celui de la Fig.5, mais alors que dans ce dernier on agit au moyen du variateur de la
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métadyne, dans la Fig. 20 on agit sur le voltage de la dynamo auxiliaire DP qui alimente les balais primaires de la métadyne; dans cet exemple, un vibreur est aussi employé.
Dans toutes les figures relatives à des distributions série les sources sont représentées séparées les unes des autres par un certain nombre d'appareils d'utilisation; on pourrait aussi, naturellement, grouper les sources pour former une unité compacte.