Installation électrique pour la production d'énergie. La présente invention se rapporte à une installation électrique pour la production d'é nergie comprenant un moteur primaire, une génératrice électrique actionnée par celui-ci et une machine excitatrice pour ladite géné ratrice.
On a trouvé que la puissance des moteurs à gaz ou à huile est limitée et qu'ils ne mar chent pas de manière satisfaisante lorsqu'ils sont soumis à des surcharges excédant leur débit normal. Il est donc désirable de les uti liser dans des installations motrices dans les quelles les machines secondaires reçoivent les fluctuations de charge de façon que les mo teurs à gaz ou à huile qui sont utilisés comme machines primaires peuvent marcher avec une charge essentiellement déterminée sur une grande étendue de charge.
Dans l'installation qui fait l'objet de l'in vention, la machine excitatrice présente une pluralité de paires de pôles de champ et com porte, en combinaison avec des enroulements de champ principaux, des enroulements d'ex citation différentiels, disposés pour être ex- cités en dépendance du;
courant d'induit de la génératrice, mais de façon à aimanter les pôles de champ de la machine excitatrice dans un sens inverse à l'excitation produite par ses enroulements de champ principaux, de manière que le voltage de la génératrice diminue lorsque le courant de charge aug mente, l'installation étant caractérisée en ce que les enroulements d'excitation différen tiels de la machine excitatrice sont placés sur quelques-unes des paires de pôles de celle-ci.
Une forme d'exécution de l'objet de l'in vention est représentée, à titre d'exemple, au dessin annexé, dans lequel: La fig. 1 est une vue, schématique de cette forme d'exécution de l'objet de l'invention; La fig. 2 est un schéma des connexions de l'installation; Les fig. 3 et 4 montrent les caractéristi ques de marche de l'installation; La fig. 4 montre une copie d'une feuille de courbes établie, lors d'essais pratiques d'une locomotive équipée d'une installation du genre indiqué.
L'installation représentée au dessin com porte un moteur à combustion interne 10 qui est directement relié à la génératrice électri que principale 11 et à la machine excitatrice 12. Le moteur, la génératrice et l'excitatrice peuvent être reliés mécaniquement de toute manière appropriée et, dans le présent cas, pour simplifier le dessin, on les a représentés accouplés par un arbre commun 13.
L'excitatrice 12 comporte un bâti ou cu lasse magnétique 14 ayant une pluralité de noyaux ou saillies polaires 15, 16, 17, 18, 19 20 s'étendant vers l'intérieur. Dans la cons truction représentée, on n'a prévu que six saillies polaires, mais on peut en utiliser un nombre différent afin -de pourvoir à diffé rentes conditions de marche. Le dessin n'est que schématique et les noyaux ou saillies po laires peuvent être construits de toute autre manière appropriée bien connue et en une matière telle que par exemple de l'acier feuilleté.
Quatre des noyaux ou saillies solaires, 15 à 18, sont pourvus d'enroulements de champ principaux 21 à excitation séparée. Comme représenté, ces enroulements sont branchés sur une batterie 23. Les deux autres novaux ou saillies polaires 19 et 20 sont également pourvus d'enroulements de champ principaux 22 à excitation séparée. Les enroulements 22 peuvent être excités à partir de toute source ,de courant appropriée, ils sont également branchés sur la batterie 23.
En plus des enroulements 22, les noyaux ou saillies polaires 19 et 20 ont des enroule ments auxiliaires ou différentiels 24 reliés en série avec l'induit de la génératrice 11. Le nombre de tours dans les enroulements 22 et 24 sur les noyaux ou saillies polaires 19 et 20 dépend des conditions de marche qu'on désire remplir.
En ce qui concerne la construction de l'excitatrice 12, les noyaux polaires 19 et 20 ou les dents d'induit 30 peuvent avoir toute grandeur de section transversale désirée de façon qu'ils soient saturés lorsqu'un courant prédéterminé passe dans les enroulements 22 et 24. L'excitation des noyaux polaires 15 à 20 peut être réglée à l'aide de rhéostats de réglage 25 et 26 reliés en série avec les en roulements 211 et 22, respectivement, dans les quels le réglage du courant d'excitation peut ainsi se faire indépendamment l'un de l'au tre.
Tandis que dans la présente construction, les noyaux polaires 19 et 20 sont établis avec les aires de section transversale nécessaires pour assurer la saturation lorsqu'un courant prédéterminé passe par les enroulements 22 ou les enroulements 24, d'autres méthodes peuvent être adoptées pour effectuer la sa turation des noyaux pour un courant pré -déterminé passant par ces enroulements.
L'enroulement de champ 27 de la géné ratrice 11 est relié à l'induit 28 de l'excita- trice 12 qui est du type à enroulement on dulé. Par conséquent, la génératrice sera ex citée en dépendance de la tension engendrée par l'excitatrice 12.
Pendant la marche de l'excitatrice 12, lorsque la génératrice 11 est sous charge, le courant dans les enroulements 24 augmente graduellement, jusqu'à ce que son effet neu tralise l'effet du courant fourni par la bat terie 23 et renverse finalement la polarité des saillies polaires 19 et 20. Ceci a pour ef fet que les lignes de force magnétiques pas sent dans le bâti 14 en direction opposée.
Afin -de permettre cette inversion du ma gnétisme sans interférence entre les circuits magnétiques respectifs, ce qui pourrait em pêcher la réalisation des caractéristiques de marche désirées de l'excitatrice, l'aire de sec tion transversale du bâti 14 et du noyau d'induit sous les dents 30 est faite plus grande qu'il ne serait nécessaire pour une machine ordinaire à excitation séparée, dans laquelle il n'est effectué point d'inversion du champ magnétique. Cette augmentation de grandeur de la section du bâti 14 peut "être obtenue sans dépense excessive ni sans aug mentation indésirable du poids en raison des petites dimensions de l'excitatrice par rap port aux autres machines dans l'installation.
Lorsque l'installation décrite est en mar che sans charge sur la génératrice 11, point de courant ne passe par les enroulements 24 sur les noyaux polaires 19 et 20. Par consé quent, les noyaux polaires sont aimantés par les enroulements 21 et 22 qui sont reliés à la batterie ou source de courant à tension constante 23. Cette excitation séparée des en roulements 21 et 22 donne aux noyaux 15 à 20 qui progressent dans l'une ou l'autre di rection autour du bâti, une polarité Nord et une polarité Sud, alternativement. Par suite du fait que les noyaux polaires 19 et 20 sont établis avec une aire de section transversale prédéterminée, ils deviennent saturés lors qu'un courant prédéterminé passe par les en roulements 22.
La tension développée aux bornes de l'excitatrice est le résultat de l'effet combiné des enroulements 21 et 22. On se rapportera à la courbure représentée à la fig. 3, qui montre l'effet -des enroulements 21 sur les noyaux polaires 15 à 18, avec un voltage de la valeur X aux bornes de l'excitatrice, au quel les enroulements 22 sur les noyaux 19 et 20, lorsque la génératrice n'est pas char gée, peuvent ajouter un voltage égal à la va leur Y, le voltage total de l'excita- trice non chargée étant alors de X -f- Y.
Sur la fig. 3, l'échelle A représente le voltage de l'excitatrice, tandis que l'échelle 13 représente le courant en ampères dans le circuit de la génératrice principale qui passe par les enroulements de champ 24 de l'exci- tatrice.
Supposons que la génératrice soit gra duellement chargée et que le courant dans les enroulements 24 soit graduellement aug menté. Dans ces conditions de fonctionne ment, l'effet d'aimantation du courant pas sant dans les enroulements 22 est continuel lement réduit ,jusqu'à ce qu'il soit complète ment neutralisé, et le voltage aux bornes de l'excitatrice est égal à X, ou est le voltage qui résulte de l'excitation des enroulements 21. Lorsque le courant traversant les enrou lements 24 dépasse celui qui est nécessaire pour neutraliser l'effet des enroulements 22, le voltage de l'excitatrice diminue en concor dance avec la courbe représentée à la fig. 3.
Toutefois, en raison de la disposition des en roulements, la courbe tend vers une ligne ho rizontale et se conforme de plus près à la forme de la courbe de débit constant, telle que la courbe 29, représentée en pointillé à la fig. 4, qui coïncide avec la partie inférieure de la courbe de voltage d'excitatrice repré sentée à. la fig. 3. Sur la fig. 4, l'échelle C représente le voltage de la génératrice, tandis que l'échelle D représente le courant de la génératrice en ampères.
Afin de pouvoir apprécier plus facile ment les caractéristiques de marche de cette installation, on a tracé en fig. 5 les courbes obtenues par suite d'un essai avec une ins tallation construite comme décrit et installée sur une voiture motrice du type à service combiné à la gasoline et au courant électri que.
Dans cette figure, l'échelle E indique des chevaux ou kilowatts, l'échelle I' des volts, ampères ou tours par minute de l'arbre prin cipal, et l'échelle G indique le temps en se condes. La courbe H représente la vitesse en tours par minute; la courbe J représente la puissance du moteur; la courbe K représente le débit de la génératrice en kilowatts; la courbe L représente le voltage de la géné ratrice et la courbe M représente le courant de la génératrice principale ou le courant de charge en ampères.
La voiture motrice d'es sai du type à service combiné précité pesait environ 4â000 kg et était équipée d'un mo teur Diesel de 250 chevaux, d'une seule géné ratrice et de deux moteurs électriques connec tés en parallèle. L'exament des courbes mon tre que la, courbe de débit en chevaux de l'installation était maintenue sensiblement constante.
On voit donc que l'installation décrite, tout en étant simple et efficace, 'donne un débit restant sensiblement constant pour une grande étendue de la charge.