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SYSTEME PERFECTIONNE DE CONTROLE ELECTRIQUE*
La présente invention a pour objet un système de contrôle, et plus particulièrement un nouveau système de-contrôle perfectionné pour ma- chines dynamo-électriques. Parmi les types connus de dynamos, le con- densateur synchrone est celui auquel, l'invention s'applique plus parti- culièrement. -
Un condensateur synchrone est un moteur synchrone qui fonctionne en fournissant une puissance mécanique faible ou nulle. Par définition, lorsqu'il est normalement excité pour une tension et une charge par- ticulières, il fonctionne avec le facteur de puissance unité, c'est-à-
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-¯dire qu'il absorbe le courant minimum sur la ligne d'alimentation.
Une surexcitation, c'est-à-dire une excitation supérieure à la norma- le, peut être provoquée en abaissant la tension aux bornes, sans aug- menter réellement le courant d'excitation, ou en augmentant le courant d'excitation sans changer la tension aux bornes. Dans des conditions, le condensateur synchrone absorbe, sur la ligne d'alimentation, du courant déwatté décale en avant* De manière analogue, une sous-excita- tion, c'est-à-dire une excitation inférieure à la normale, peut être provoquée en augmentant la tension aux bornes sans abaisser réelle- ment le courant d'excitation, ou en abaissant le courant d'excitation sans changer la tension aux bornes. Le conducteur synchrone absorbe alors du courant déwatté décalé en arrière.
Lorsqu'une telle machine est munie d'un régulateur au'comatique de tension, elle est souvent utilisée pour régler la tension d'une ligne d'énergie à courant alternatif. C'est ainsi que, si la tension de la ligne augmente au-delà de celle correspondant au réglage du régulateur automatique, qui correspond en général à la tension normale du conden- sateur synchrone, le régulateur diminue l'excitation du condensateur, ce qui lui fait absorber sur la ligne une plus grande quantité de cou- rant déwatté en arrière, et ce courant en retard, traversant la réac- tance de la ligne, en abaisse la tension.
Inversement, une diminution de la tension de la ligne provoque, de la part du régulateur, une aug- mentation d'excitation du condensateur, de telle sorte que du courant déwatté en avant est absorbé sur la ligne, ce qui élève la tension-
D'habitude, l'excitation zéro correspond à la quantité limite de puissance réactive en arrière absorbée par le machine, mais une machi- ne normale est calculée de telle sorte que la valeur du courant en re- tard, pour l'excitation zéro, soit sensiblement inférieure (d'habitude 40 à 50%) au courant nornal de nleine charge de la machine, de telle sorte que des quantités sensiblement plus grandes d'énergie réactive en , avant peuvent être fournies par la machine, lorsqu'elle est surexcitée.
La Société demanderesse a trouvé, toutefois, que les condensateurs syn- chrones à rotor à pôles saillants possèdent un couple synchronisant im-
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. -portant,.de telle sorte que l'excitation peut être même renversée, ou rendue négative, sans que le condensateur ne quitte le synchronis- me, et elle a trouvé qu'au moyen d'une telle excitation négative, un condensateur synchrone ordinaire à pôles saillants est capable d'ab- sorber de 50 à 67% plus d'énergie réactive en retard, par rapport à cette même énergie correspondant à l'excitation nulle. Par excitation négative,' on entend: courant d'excitation inversé ou négatif, mais non pas flux d'excitation ou flux rotorique inversé ou négatif.
Lors- qu'un condensateur synchrone fonctionne avec un courant en retard, sa réaction d'induit est dans le même sens que sa force magnétomotrice d'excitation positive, et, par conséquent, une excitation négative di- minue la force magnétomotrice de réaction d'induit.
La Société demanderesse a également trouvé que la quantité d'ex- citation négative, qui peut être utilisée jusqu'au décrochage, dépend de la grandeur de la tension aux bornes. Plus cette tension est élevée, plus le couple synchronisant qui maintient le condensateur synchrone à pôles saillants en synchronisme, est grand et, par conséquent, plus l'excitation négative du condensateur peut être grandeo-
Conformément à la présente invention, on prévoit pour les conden- sateurs synchrones un nouveau système simple de contrôle automatique, grâce auquel le condensateur fonctionne avec une excitation négative; ce système perfectionné limite également automatiquement l'excitation négative, de façon à permettre le fonctionnement avec la puissance ré- active maxima en retard, compatible avec la stabilité.
En outre, dans l'une de ses formes préférées, l'invention prévoit des moyens pour faire varierle réglage de la limite d'excitation négative, d'après la tension aux bornes du condensateur, de telle sorte que l'on peut obtenir la plus grande énergie négative en retard possible, avec sta- bilité et dans des conditions variables de tension aux bornes.-
Cette dernière caractéristique est importante si l'on se rappelle que c'est l'énergie réactive en retard absorbée par le condensateur qui tend à abaisser la tension du système et quel par conséquent, plus
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cette tension est élevée, plus on peut obtenir du condensateur une énergie réactive en arrière élevée, sans lui faire perdre le synchro- nisme.
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L'invention sera d'ailleurs bien comprise en se reportant à la description qui suit et aux dessins qui l'accompagnent, donnés à sim- ple titre d'exemple non limitatif, et dans lesquels: la figure 1 représente le schéma d'une réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue partielle d'une variante de l'invention; les figures 3 à. 7 sont des schémas et des courbes permettant de comprendre le fonctionnement du système de contrôle, objet de l'inven- tion.-
En se reportant à la figure 1, on voit que l'invention est appli- quée à un condensateur synchrone triphasé 1, qui possède un rotor 2, à pôles saillants, avec un enroulement 3 d'excitation, alimenté par une excitatrice 4. Celle-ci est, par exemple, une génératrice shunt habituelle, à enroulement d'excitation 5.
La tension de l'excitatrice 4 peut être contrôlée de toute manière appropriée, comme par exemple au moyen d'un générateur 6, survolteur-dévolteur, à réaction d'induit compensée. Ce générateur a un collecteur muni de deux balais principaux 7 et 8, et de deux balais 9 et 10 en quadrature, et reliés en court- circuit par un conducteur 11. Pour contrôler la tension @atre les ba- lais 7 et 8, la machine 6 est munie de deux enroulements d'excitation 12 et 13 agissant en sens inverse, l'enroulement 12 provoquant un a- baissement de tension, et l'enroulement 13 provoquant une augmentation de tension, la tension dans les deux cas étant celle du condensateur synchrone principal.
Ces enroulements sont sur. le même axe que les ba- lais principaux 7 et 8, et ils produisent. une tension entre les ba- lais en quadrature 9 et 10; en raison de la faible résistance du con- ducteur 11, cette tension fait passerdans l'induit un courant très élevé, produisant ainsi un flux transversal de réaction ci' induit / qui produit l'excitation principale de la machine, ainsi que!la tension de sortie entre les balais principaux 7 et 8.-
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Pour compenser dans le générateur 6, la réaction d'induit pro- voquée par le courant passant dans les balais 7 et 8, on dispose un enroulement, compensateur 14 sur l'axe des balais 7 et 8. Les deux en- roulements d'excitation 12 et 13 sont alimentés par la tension aux bornes du condensateur 1.
Comme on le voit, ils sont reliés au secon- daire d'un transformateur 15, par l'intermédiaire de leur redresseur respectif, 16 et 17. Une impédance non linéaire, constituée parune bobine de réac tance à. noyau de fer 18, est connectée dans le circuit d'alimentation du redresseur 16, destinée à l'enroulement 12 abais- seur de tension, et une impédance linéaire, constituée par une résis- tance ordinaire 19, est branchée dans le circuit d'alimentation du redresseur 17, destiné à l'enroulement 13, élévateur de tension.-
Pour limiter la quantité d'excitation négative que le dispositif automatique régulateur de tension peut produire, le générateur 6 est muni d'un troisième enroulement d'excitation 20, sur 1:'axe des balais principaux 7,8.
Cet enroulement est connecté de manière à être sensi- ble à l'excitation négative du condensateur; à titre d'exemple, on l'a représenté comme étant relié aux bornes de l'enroulement 3, ou aux bornes de l'excitatrice 4, en passant par une valve électrique, ou par un conducteur à conductibilité dysymétrique 21. Ce dispositif
21 est connecté de telle sorte qu'il empêche le courant de traverser l'enroulement 20 quand l'excitation du condensateur est positive, c'est-à-dire lorsque l'excitatrice 4 a la polarité indiquée figure 1.
Afin que le courant dans l'enroulement 20 s'établisse rapidement lorsque la tension d'excitation négative augmente, on connecte en sé- rie une impédance 22 non linéaire, qui peut être une résistance en ma- tière de nature céramique. Cette matière a une caractéristique défi- nie par l'équation RIa = C, dans laquelle R est sa résistance, I le courant qui la traverse, a un exposant et C une constante dont la va- leur dépend'des dimensions mécaniques de la résistance.' Cette carac- téristique est telle que la résistance diminue très rapidement lors de l'augmentation du courant.
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Pour régler la limite d'excitation négative daprès la tension aux bornes, on intercale une résistance 23 dans le circuit de l'en- roulement 20, de telle sorte qu'un courant unidirectionnel., propor- tionnel à la tension aux bornes du condensateur synchrone 1; circule à travers cette résistance 23, par suite de la présence d'un redres- seur 24 connecté aux bornes du transformateur 15.
De cette manière, la tension aux bornes de la résistance'23 est proport onnelle à la tension aux bornes du condensateur, et le redresseur 24 est connecté de manière que la polarité de cette tension s'oppose au passage du courant dans la valve 21, dans le sens où elle conduit le courant.-
On n'a pas représenté les dispositifs d'entraînement de l'exci- tatrice 4 et du générateur 6, car ils peuvent être quelconques, cornue par exemple des moteurs séparés, ou un moteur commun, ou même encore le condensateur synchrone lui-même.-
Bien entendu, le système régulateur de tension sera muni, comme d'habitude, de tous dispositifs approprias connus de co@pensation de fréquence, de compensation de la température,
de compensation de chu- te de tension en ligne, de dispositif anti-pompage, et (-le dispositifs sensibles aux composantes polyphasées suivant leur nécessité. Tous ces accessoires bien connus du régulateur ne rentrent pas dans le cadre de l'invention et n'ont pas été décrits.-
Comme le circuit de limitation d'excitation négative est sensi- ble à la tension d'excitation négative, plutôt qu'au curant d'exci- tation négative, il tend à fonctionner avant que le courant dans l'en- roulement d'excitation 3 atteigne une haute valeur négative dangereuse.
Cette caractéristique peut être quelquefois désirable, mais.,, si elle ne l'est pas, le circuit limitant l'excitation négative peut. être ren- du sensible au courant d'excitation, suivant la variante de la figure 2, dans laquelle le fonctionnement du circuit est obtenu à partir de la chute de tension dans une résistance en série 25. La tension aux bor- nes de cette résistance est proportionnelle au courant d'excitation et, par conséquent, le circuit de limitation de l'excitation négative
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-ne commence 'pas à agir, tant que le courant d'excitation négative n'a pas atteint la valeur à laquelle il doit être limité.
Le fonctionnement du dispositif représenté est le suivant:
La réac'tance 18 est calculée de manière que son noyau soit satu- ré, quand la' tension du condensateur synchrone est normale; la résis- tance 19 estcalculée de telle sorte que le courant qu'elle laisse pas- ser dans l'eroulement élévateur 135 à la tension normale du conden- sateur synchrone, provoque dans cet enroulement un nombre d'ampères- tours numériquement légèrement inférieur aux ampères-tours de l'enrou- lement abaisseur 120 Si ces deux enroulements 12 et 13 ont le même nom- bre de spires, leurs courants seront directement proportionnels à leurs ampères-tours, et ceci est évidemment le dispositif le plus simple.
Ce rapport est représenté graphiquement figure 3, dans laquelle on a re- présenté la tension aux bornes du condensateur synchrone en ordonnées, et les courants d'excitation de contrôle en abcisses. On a représenté l'horizontale N correspondant à la tension normale aux bornes du con- densateur. La courbe, qui correspond dans sa forme à la courbe de sa- turation du fer, représente le rapport non linéaire entre le courant dans l'enroulement abaisseur 12 et la tension aux bornes du condensa- teur.-
La ligne droite représente le rapport linéaire entre le courant dans l'enroulement élévateur 13 et la tension du condensateur.
Le point où cesldeux lignes se coupent correspond par conséquent à l'ex- citation zéro de contrôle du générateur 6, et par conséquent à. une tension nulle produite par cette machine. -
En conséquence, l'excitatrice 4, qui est une machine shunt, aurait tendance à accélérer sa rotation jusqu'à obtention de sa tension ma- xima, qui serait la tension pour laquelle sa propre courbe de satura- tion couperait la courbe de la résistance de son circuit d'excitation.
Cette tension est évidemment une tension beaucoup trop élevée de l'ex- citatrice, pour une tension normale du condensateur synchrone,et,c'est pourquoi cette tension normale, dans la figure 3, correspond à un point
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qui est légèrement au-desus de l'intersection des deux lignes, de telle sorte que les ampères-tours de l'enroulement abaisseur sont plus grands que les ampères-tours de l'enroulement élévateur, de tel- le sorte que le générateur 6 a une tension dévoltrice par rapport à celle de l'excitatrice 4.-
On voit d'après la figure 3 que le point sur la courbe de satu- ration, correspondant à la tension normale du condensateur synchrone, est situé sur la partie plate de la courbe qui est presque horizonta- le, de telle sorte que de très petites variations de la tension du condensateur synchrone,
au-dessus et au-dessous de sa valeur normale, provoquent de très grandes variations de courant dans l'enroulement a- bai¯sseur 12,cette variation étant une augmentation de courant pour une augmentation de tension et une diminution de courant pour une diminu- tion de tension. Toutefois, le courant dans l'enroulement élévateur 13 est directement proportionnel à la tension du condensateur, Par conséquent, la tension dévoltrice du générateur 6 augmente rapidement si la tension aux bornes du condensateur s'élève au-dessus de sa va- leur normale, et elle diminue rapidement si la tension aux bornes du condensateur s'abaisse au-dessous de la normale, jusqu'à ce qu'au point de l'intersection des deux courbes, l'excitation résultante, et par conséquent la tension produite par le générateur 6, devienne égale à zéro.
Si la tension du condensateur synchrone diminue encore, la po- larité du générateur 6 se renverse, et il fonctionne en survolteur au lieu de fonctionner en dévolteur.
L'action du survolteur-dévolteur 6 sur la tension de l'excitatri- ce 4 est représentée sur la figure 4, dans laquelle on a représenté la tension en ordos, et le courant d'excitation de l'excitatrice en abcisses. La ligne incurvée représente la caractéristique d'aimenta- tion de l'excitatrice, et elle a la même forne générale que la courbe de saturation de la réactance 18 (figure 3).- La ligne droite représen- te la résistance du circuit d'excitation de l'excitatrice, c'est-à- dire qu'elle représente la chute de tension dans la résistance du cir- cuit d'excitation de l'excitatrice, (ce circuit comprenant la résis-
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-tance du survolteur dévolteur 6) suivant les variations de courant qui se produisent dans cette résistance .
L'intersection de ces deux lignes correspond à la tension normale maximum de l'excitatrice, 'est-' à-dire à la tension pour laquelle l'excitatrice est essentiellement stable, et vers laquelle elle tend naturellement, si elle n'en est pas empêchée par des moyens extérieurs.
On a représenté par N l'horizontale correspondant à la tension normale ; on a représenté entre les deux flèches, en G, la gamme de fonctionnement du système; les flèches f1 et f2 correspondent à l'ac- tion survoltrice du générateur 6, la flèche f3 correspondant à son ac- tion dévoltrice. Par conséquent, pour toute tension située en-dessous du point d'intersection des deux courbes, la tension produite par l'excitatrice excède la chute de tension dans son circuit d'excita- tion, de telle sorte que son courant d'excitation tend à augmenter, ce qui augmente encore la tension, et cette action, une fois commencée par le magnétisme résiduel de la machine, continue jusqu'à ce que l'on at- teigne ledit point d'intersection.
Au-delà de ce point, la tension né- cessaire pour faire passer le courant à travers la résistance du cir- cuit d'excitation est supérieure à celle que produit le générateur 6.
En d'autres fermes, pour toute augmentation du courant au-delà du cou- rant correspondant à ce point d'intersection, l'augmentation de la chute de tension dans la résistance est plus grande que l'augmentation de la tension aux bornes, detelle sorte, bien entendu, que la tension ne peut pas s'élever au-delà de celle correspondant à ce point d'in- tersection.-',
La tension normale de l'excitatrice qui correspond à la tension normale du condensateur synchrone est représentée, figure 4 (N), comme se trouvant au coude de la courbe de saturation de l'excitatrice, à . l'endroit où sa pente varie rapidement, et ce point est situé entre l'origine et le point d'intersection des deux courbes.
La flèche f3 dirigée vers:le bas, et comprise entre le point de la courbe de ten- sion de l'excitatrice correspondant à la tension normale et la courbe de résistance, pour la valeur du courant d'excitation qui fournit cette
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tension normale, représente la valeur de la tension dévoltrice de la machine 6, nécessaire pour que le fonctionnement reste stable en ce point.-
En comparant les figures 3 et 4, il s'en suit quo si la tension du condensateur synchrone descend en-dessous de la tension nor@ale, la ten- sion dévoltrice du générateur 6 diminue, ce quipermet à la tension de l'excitatrico de monter.
Ceci augmente l'excitation du condensateur synchrone, le fait travailler avec surexcitation et lui fait absorber un plus grand courant déwatté en avance, et ce courant, en traver- sant la réactance de la ligne d'alimentation du condensateur, provo- que une élévation de tension à ses bornes.
Si cette tension descend jusqu'au point d'intersoction de la figure 3, la tension aux bornes de la machine 6 devient nulle et la tension de l'excitatrice augmente jus- qu'à sa valeur normale maxima, correspondant au point d'intersection des courbes de la figure 4. Si la tension aux bornes du condensateur continue encore à baisser, la polarité de la machine 6 s'inverse et celle-ci devient survoltrice, cornue représenté par la flèche f2 de la figure 4, au-delà du point d'intersection descourbes. Ilest donc pos- sible d'obtenir une tension aux bornes de l'excitatrice au-delà de la valeur maxima normale, par suite de Inaction survoltrice de la machine
6.
Cette tension survoltrice, comme expliqué plus haut, représente la quantité auxiliaire de tension, au-dessus de celle de l'excitatrice, qui est nécessaire pour faire passer la quantité voulue de courant d'ex- citation travers la résistance de ce circuit d'excitation -
Si, au contraire, la tension du condensateur synchrone augmente au-dessus de la valeur normale, l'action dévoltrice de la machine 6 augmente, ce qui abaisse la tension de l'excitatrice, et diminue par conséquent l'excitation du condensateur; ce dernier fonctionne donc sous-excité et absorbe un courant déwatté en retard, sur la ligne, de manière à abaisser la tension aux bornes du condensateur.
Cette action se poursuit et la tension dévoltrice continue à augmenter jusque une ,valeur de la tension et du courant d'excitation correspondant approxima- tivement à la ligne verticale en traits interrompus, entre les. deux courbes de la figure 4. Elle représente la valeur maxima de'la tension
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dévoltrice. Au-delà de ce point, et vers les valeurs inférieures de la tension de l'excitatrice, la tension dévoltrice diminue, car la ten- sion de l'excitatrice décroit plus rapidement que la chute de tension dans la résistance de l'excitation.
Le fonctionnement normal du régulateur est excessivement rapide, parce que de très petites valeurs absolues de l'excitation de contrôle de la machine 6, dans l'une ou l'autre direction font produire à la machine sa valeur maxima de tension, de telle sorte que l'action du régulateur est'presque une action dynamique, par laquelle la valeur de la tension et du courant, maintenue par le régulateur, varie excessi- vement rapidement, et de quantités extrêmement petites, au-dessus et en-dessous de la valeur désirée. En d'autres termes, le régulateur est toujours équilibré, de manière à agir presque instantanément pour empê- cher tout éc'art à partir des valeurs désirées.
Si la tension du condensateur reste toujours au-dessus de la nor- male, la tension de l'excitatrice peut être abaissée à zéro, auquel point la tension dévoltrice de la machine 6 sera également nulle, ce qui est bien correct, puisqu'il n'y a plus pour elle de tension à a- baisser. Ce qui précède n'est pas tout-à-fait vrai, car la tension ré- siduelle de l'excitatrice doit être réduite à zéro avant que la tension de l'excitatrice puisse tomber à zéro, et par conséquent, il est néces- saire de fournir un peu de courant d'excitation négative, ce courant étant bien entendu produit par la tension dévoltrice de la machine 6.
Toutefois, la combinaison de la tension dévoltrice de la machine 6 et d'une tension nulle de l'excitatrice 4, renverse la polarité de la ma- chine 4, de,telle sorte que ces deux polarités seront de même sens. Ceci tend à, augmenter très rapidement l'excitation négative du condensateur synchrone, mais, dès que la tension du condensateur tend à tomber en- dessous de la valeur normale, par suite des quantités croissantes de courant déwatté en arrière que le condensateur absorbe, la polarité de la machine 6 est inversée, de telle sorte qu'elle devient survoltrice dans le sens de la polarité initiale, et, par conséquent, la machine 6 dévolte réellement la tension négative de l'excitatrice, de telle sorte
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qu'on obtient un fonticnnement stable, même pour des valeurs négatives de l'excitation.
La raison pour laquelle le condensateur synchrone peut continuer à fonctionner avec une excitation négative, est que son couple synchroni- sant est la résultante de deux couples, dont l'un provient de sa rélue- tance et dont l'autre est proportionnel à son excitation.Le couple du à la réluctance TR est proportionnel au carré e2 de la tension du con- densateur, à la différence entre les composantes directes et en quadra- ture de la réactance synchrone de la machine (Xd et Xq )respectivement) et au sinus du double de l'angle de décalage de son rotor (Sin 2#) On a donc la relation
EMI12.1
TE ': e2 (Xd - Xq) Sin2A 2 ]Cd ¯
Les réactances directe et en quadrature sont inversement proportionnelles à la réluctance des circuits magnétiques du rotor, le long de ses axes direct eten quadrature.
Par axe direct, on entend l'axe qui passe par les pales saillants du rotor. C'est ainsi, (figure 5) que, si l'induit produit des pôles magnétiques qui coïncident avec les axes des p8îes du rotor, comme indiqua par exemple par les pôles N, S, et N, le flux pas- sant d'un pôle Nord à un pôle Sud traverse un entrefer, un pôle saillant, le corps du rotor principal, le pôle saillant suivant, et son entrefer, pour retourner vers le stator. Ceci est le circuit de réluctance corres- pondant à la réactance synchrone directe Xd de la machine. La distance entre pôles voisins du stator est de 180 degrés électriques.
En supposant que les pôles du stator avancent de 90 électriques, en sens inverse des aiguilles d'une montre par rapport aux pôles du rotor, ces pôles seront maintenant situés entre N',S' et N'.Ceci revient à avoir déplacé le rotor de 90 électriques en ar rière sans avoir déplacé les pôles du sta- tor. La réluctance du circuit magnétique entre pôles adjacents du stator est naintenant sensiblement plus élevée, car elle a un plusgrand trjet dans l'air, ce trajet partant de N', pour traverser un plus grand entre- fer d'air, puis les épanouissements polaires des pôles saillants, pour revenir en S' en traversant un plus grand espace d'air, le circuit se
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fermant par le stator.
Ceci est le circuit de réluctance correspondant , à laréactance synchrone Xq en quadrature et, comme cette réluctance est plus élevée que la réluctance directe, la réactance directe. est plus élevée que la réactance en quadrature, aile-ci étant en général d'environ 60% delà réactance directe. Pendant le fonctionnement réel, les p8les du rotor et du stator sont dans une position quelconque en- tre les deux positions extrêmes, de coïncidence ou de quadrature, de telle sorteque le courant dans l'induit est déterminé à la fois par les réactances directe et en quadrature.
Le couple' dû à la réluctance, dans une machine donnée fonctionnant à une tension donnée, est représenté figure 6 par la courbe 'sinusoïdale
A. Les ordonnées de cette courbe sont lé couple C et ses abcisses re- présentent l'angle relatif du rotor. Comme on le voit, le couple s'élè- ve jusqu'à un maximum pour 'Il' et s'annule pour #/2, puis s'inverse et effectue deux cycles complets en 3600 C électriques (2#). Le cou- ple dû à l'excitation de la machine TF est égal à la tension aux bor- nes e, multipliée par le courant d'excitation If, multiplié par le si- nus de l'angle de déplacement du rotor, et divisé par la réactance di- recte Xd.
Ce couple est représenté par une autre courbe sinusoïdale en
B, figure 6,'de fréquence moitié de celle du couple dû à la réluctance.
Le couple synchronisant normal de la machine, est par conséquent la som- me de ces deux couples, et cette résultante est également représentée figure 6, en D. Lorsque l'excitation de la machine devient négative,son couple dû à l'excitation s'inverse et est représenté par la courbe E.
Le couple synchronisant résultant, avec excitation négative, est encore la somme des deux couples correspondants, et cette résultante est re- présentée figure 6, suivant la courbe F. La ligne horizontale H en traits interrompus, légèrement au-dessus de l'origine, représente le couple mécanique de la machine et le point où ce couple horizontal cou- pe les courbes de couple résultant, indique l'angle relatif du rotor avec lequel la machine fonctionne.
Dans le cas d'une excitation positi- ve normale, l'angle est très petit, car la machine a un couple synchro- nisant maximum beaucoup plus élevé. que le couple mécanique sur l'arbre.-
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-Toutefois, lorsque l'excitation négative augmente, la valeur maxima du couple résultant, dans ces conditions, diminue, de telle, sorte qu'on atteint un point, comme représenté sur le dessin, pour lequel le couple maximum est, dans ces conditions, inférieur au couple sur l'arbre de la machine, ce qui entraîne la machine à gliss,er d'un pôle. C'est le point limite de fonctionnement avec excitation négative.
Pour éviter que la machine glisse d'un pôle, à la suite d'une ex- citation trop négative, la résistance 22 est calculée de telle sorte qu'aussitôt que, soit la tension de l'excitation négative (figure 1), soit le courant d'excitation négative (figure 2), atteignent leur limi- te de sécurité, la résistance de 22 décroisse rapidement, pour permet- tre à des quantités rapidement croissantes de courant detraverser l'en- roulement 20 contrôlant la limitation de l'excitation négative. La po- larité de cet enroulement est telle qu'elle augmente la tension du gé- nérateur 6, dans son sens initialement survolteur, c'est-à-dire dans le sens dans lequel il agit alors quoique, bien entendu, il s'agisse d'une tension dévoltrice par rapport à la polarité négative de l'excitatrice.
Il en résulte que le régulateur est effectivement protégé contre l'aug- mentation de l'excitation négative au-dessus d'une limite prédéterminée-
Cette action est représentée figure 7, en se référant à certaines courbes,dites en V, du condensateur synchrone. Ces courbes négligent ,la saturation et sont représentées sous forme de lignes droites; elles négligent également les pertes, de telle sorte qu'elles arrivant à un courant nul de l'induit pour des valeurs normales de l'excitation. Pour des excitations supérieures à la normale, lc courant;, d'induit', est en avance, et pour des excitations en-dessous de la nor@ale, le courant d'induit est en retard, comme indiqué sur cette figure.
On a porté en ordonnées le courant dans l'induit du condensateur synchrone et en abscisses le courant d'excitation de ce condensateur. On a représenté trois courbes, l'une pour la tension normale n, l'autre pour une tension n1 supérieure, par exemple de 10%, à la tension normale et une troisiè- me courbe n2 correspondant à une tension inférieure, par exemple de la%,
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à la tension normale. Si on considère la courbe n correspondant à la tension normale, on va supporter que le point 25 est la valeur limite de.'excitation négative, au-delà de laquelle la machine décroche.
Ce- ci correspond à une valeur de courant en retard représentée par le point 26, qui est sensiblement plus élevé que la valeur du courant en retard pour l'excitation zéro, à cette même tension, comme représenté par le point' 27. Aven une excitation négative au-delà du point 25, la machine glisse d'un pale, comme expliqué à propos de la figure 6.
!
Si la machine glisse d'un pôle, il se produit un renversement ef- fectif de 1'.'excitation, car, comme on le voit figure 6, au-delà de l'an- gle 7T correspondant à 180 électriques, la courbe du couple résultant, avec excitation négative, coupe la ligne du couple mécanique sur l'ar- bre, au point 28, correspondant à un très petit angle au-delà de # et le fonctionnement sera stable, car l'excitation négative coopère main- tenant avec le couple dû à la réluctance. Ceci reviendrait, figure 7, à descendre sur la courbe en V jusqu'au point 29, mais comme la limita- tion du courant empêcherait l'excitation négative d'augmenter davanta- ge, le système se fixerait en ce point 29, qui est un point parfaite- ment stable, et n'entraînerait .pas la production de courants trop éle- vés ou d'autres Effets nuisibles.
La valeur du courant d'excitation au point 29 est la même qu'au point 25.
Toutefois, il pourrait arriver un moment où les conditions dans le circuit principal seraient telles que la tension du condensateur ten- drait à s'abaisser, au lieu de s'élever. Le régulateur automatique agi- rait alors pour réduire l'excitation négative. Cependant, comme la ma- chine a déjà glissé d'un pôle, le régulateur agirait dans le mauvais sens, de telle sorte que l'angle de couple de la machine augmenterait, que le couple résultant diminuerait et que le courant d'induit augmen- terait en décalage arrière, au lieu de diminuer, dans ce sens de déca- lage en arrière.
En conséquence, l'action se continuerait en remontant sur la courba en V, à partir du point 29, jusqu'à ce qu'une limite de stabilité soit atteinte au point où cette courbe en V coupe la courbe .
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limite du courant d'excitation, point dont les co-ordonnées sont 25 et 26.
Un peu au-delà de ce point, la machine glisserait encore d'un pô- le,rétablissant ainsi les diverses polarités à leur état initial. L'ex- citation serait maintenant positive et le courant descendrait brusque- ment de nouveau jusqu'au point 29, et de 12, jusqu'à. sa valeur minima, puis augmenterait comme courant déwatté en avance, jusqu'à ce que la tendance de baisse de la tension du condensateur soit arrêtée, et en fait, jusqu'à ce que la tension du condensateur soit revenue presque exactement à la valeur désirée, telle que déterminée par le réglage du régulateur.
On voit donc que le système peut rattraper lui-même son con- trôle et il ne reste pas indéfiniment au point 29 quand il a glissé d'un pôle. pratiquement, on doit ajuster une limite fixe ou arbitraire du courant, pour éviter à la machina de décrocher., pour la tension de fene- tionnement la plus basse qui puisse se produire.
On a représenté une telle limite du courant par la ligne verticale en tcaits interrompus de la figure 7, qui fixe pratiquement la limite du courant d'excita- tion négative au point 25'',$ correspondant à un courant en arrière de l'induit représenté pa= la référence 30. Bien que ce coint soit supé- rieur au point 31, correspondant à la valeur maxima du courant en re- tard, pour une excitation nulle et une tension basse, il limite néan- moins le courant de l'armature pour l'excitation dégative maximum, pour la tension normale,au point 32, au lieu du point 26, et il limite le courant en arrière da l'induit,
pour unetension élevée, au point 33 au lieu du point 34.
La Sociale demanderesse a trouvé que le courant limite d'excita- tion négative est une fonction linéaire de la tension aux bornes, pour une machine donnée, selon la relation
Xq Ainsi pour une tension aux bornes nulle, la limite d'excitation néga-
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--tive serait zéro. Dans une machine déterminée
Xd - Xa
Xq est egal à deux tiers, ou 0,67, de telle sorte que la limite du cou- rant d'excitation négative est directement proportionnelle à la ten- sion aux bornes, mais a une valeur d'environ 50% de l'excitation norma- le à cette tension, afin de tenir compté des pertes dues à la'rotation.
Cette limite d'excitation négative est représentée par la ligne droite inclinée J, figure 7.
L'obtention automatique d'une telle limite d'excitation négative, suivant la tnsion, est obtenue au moyen de la résistance 23 et du re- dresseur 24 (figure 1), qui produisent dans le circuit de limitation du courant une tension proportionnelle à la tension aux bornes, et qui s'oppose à la tension d'excitation négative de-l'excitatrice. En con- séquence, la tension de la résistance 23 représente le seuil, que la tension de l'excitatrice doit franchir, pour qu'entrent en action les dispositifs de limitation de l'excitation négative.
Il en résulte que la quantité de courant d'induit en retard qui .peut être fournie par la machine, sous tension normale, augmente depuis le point 32 jusqu'au point 26 et, en cas de tension élevée aux bornes, depuis le point 33 jusqu'au point 35. Par conséquent, le contrôle, par la tension, de la limite du courant, permet d'obtenir d'une machine don- née des augmentations importantes de courant déwatté en arrière, sous toutes les conditions de tension de fonctionnement, au-dessus de la tension pour laquelle on a déterminé à l'avance une limitation pour le courant d'excitation négative.
La caractéristique de cette limitation d'excitation négative et la variation de cette limite avec la tension aux bornes, sont bien entendu indépendantes de tout type particulier du système de contrôle de l'exci- tation, à condition seulement qu'un tel système de contrôle puisse pro- duire'des valeurs suffisamment élevées d'excitation négative pour cau- ser une perte de synchronisme, et par conséquent, il doit être bien en- tendu que l'invention n'est pas limitée à des générateurs survolteurs-
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dé.volteurs ou à des systèmes excitateurs à réaction d'induit compensée, et que l'on peut aussi bien employer tout autre contrôle approprié, d'ex- citation pouvant fournir une excitation négative.
Comme le condensateur synchrone 1 peut être une machine standard à pales saillants, et comme l'excitatrice 4 peut être une excitatrice standard ayant un circuit d'excitation habituel, et cornue le survolteur- dévolteur 6 ne fournit normalement qu'une fraction de l'excitation de l'excitatrice, en vue de maintenir constante la tension aux bornes du condensateur synchrone, l'ensemble du système est relativement bon mar- ché et il est en temps possible d'obtenir, d'une manière parfaite- ment stable, la quantité maxima possible de puissance réactive en arriè- re du condensateur, sans lui faire perdra le synchronisme.
En d'autres termes, au moyen d'un équipement de contrôle relativement peu coûteux et composé d'éléments standard, le même condensateur synchrone peut être amené à fournir, d'une faqon particulièrement stable, et sans danger;50 à 60% de puissance réactive en arrière,en plus, que celle qui aurait été obtenue avec un système classique de contrôle du condensateur synchrone.