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Dispositif de désexcitation rapide d'une machine électrique rotative Les dispositifs connus de désexcitation rapide d'une machine électrique rotative ont l'inconvénient d'introduire des contacteurs dans le circuit principal d'excitation de la machine, ou de nécessiter des relais temporisés ou des relais à tension nulle.
La présente invention vise à supprimer cet inconvénient. Elle a pour objet un dispositif de désexci- tation rapide d'une machine électrique rotative, agencé de manière à produire, lors de la désexcita- tion, une contre-excitation fonction du courant d'excitation continu de ladite machine, et qui est caractérisé en ce qu'il comporte un amplificateur magnétique excité par le courant d'excitation de ladite machine et dont le courant de charge crée, lors de la désexcitation, une tension d'excitation négative.
Les dessins annexés représentent, à titre d'exemples, quatre formes d'exécution du dispositif selon l'invention.
La fig. 1 est un schéma des connexions d'une première forme d'exécution.
Les fig. 2 et 3 sont des diagrammes explicatifs du fonctionnement du dispositif selon la fig. 1.
La fig. 4 est le schéma d'une seconde forme d'exécution.
Les fig. 5 et 6 sont des diagrammes analogues à ceux des fig. 2 et 3 respectivement, mais relatifs au cas de la fig. 4.
La fig. 7 est le schéma d'une troisième forme d'exécution.
La fig. 8 est un diagramme analogue à ceux des fig. 3 et 6, mais relatif au cas de la fig. 7.
La fig. 9 est le schéma d'une quatrième forme d'exécution.
La fig. 10 est un diagramme comparatif.
Dans la forme d'exécution selon la fig. 1, il s'agit d'un dispositif de désexcitation rapide d'une machine synchrone 1 dont l'excitatrice est visible en 2. 1 est le courant d'excitation et Uz la tension aux bornes de l'excitatrice 2. U est la tension d'excitation séparée de l'excitatrice 2.
Le dispositif comporte un amplificateur magnétique sans autoexcitation ou transducteur dont l'enroulement de travail 3 (couplage série) présente na spires. 1a est le courant de charge du transducteur. 4 désigne un pont de redresseurs et 5 un contacteur de commande d'excitation et de désexcitation. 6 désigne l'enroulement de prémagnétisation du transducteur, présentant n spires (en général n sera égal à 1). Les ampères-tours de prémagnétisation sont donc nI.
Sur la fig. 2, la courbe 7 représente la caractéristique statique de l'excitatrice 2, et 8 la caractéristique statique de l'amplificateur magnétique. Ce dernier étant sans autoexcitation, le courant de charge Ia, contrôlé par l'amplificateur, est proportionnel au courant d'excitation I. On a
EMI1.47
Le point d'équilibre est à l'intersection 9 des caractéristiques 7 et 8.
La fig. 3 représente les caractéristiques dynamiques de désexcitation, dans le cas de l'exemple selon la fig. 1.
On remarque que, lorsque le courant d'excitation I devient négatif, il a tendance, soit à se maintenir à- une certaine valeur (point 9 de la fig. 2), soit à augmenter si le taux de contre-excitation dépasse une valeur limite.
Dans le cas de la fig. 4, on retrouve une machine synchrone 1 et son excitatrice 2 (à excitation séparée ou shunt), ainsi que l'amplificateur magnétique 3, 6 et le pont de redresseurs 4. Le contacteur 5 de commande d'excitation et de désexcitation est ici multiple et non plus simple. Le dispositif comporte
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en plus une résistance 10 shuntant le pont de redresseurs 4 et un redresseur 11 inséré dans le circuit de désexcitation parcouru par le courant Ia .
La résistance 10 permet au courant Id de circuler même lorsque le contacteur 5 est en position d'excitation; on peut donc faire passer le courant Id dans un ampèremètre mesurant le courant d'excitation. On supprime ainsi le shunt sur le circuit principal d'excitation.
D'autre part, le pont de redresseurs 4 ayant une résistance interne non linéaire en fonction de la tension appliquée, son shuntage par la résistance 10 introduit dans la caractéristique du courant de dés- excitation en fonction du courant d'excitation une zone d'insensibilité, zone qui peut être augmentée par l'adjonction du redresseur 11.
Sur la fig. 5, on voit les caractéristiques suivantes U2, tension d'excitation, Id, courant de charge du transducteur, I,1, courant de désexcitation, ho, courant à travers la résistance 10, le tout en fonction du courant d'excitation I. On a 1d+110=1,=1 Dans la zone d'insensibilité, le courant Id, proportionnel à I, passe dans la résistance 10.
On a 110=I', et Ii =0 Si l'on se reporte aux caractéristiques dynamiques de la désexcitation produite par le dispositif selon la fig. 4, que représente la fig. 6, on peut remarquer ce qui suit La zone d'insensibilité ci-dessus mentionnée, fait cesser le processus de contre-excitation avant que le courant d'excitation soit nul, ce qui diminue ou supprime le passage en excitation négative.
On peut adapter cette zone de telle manière qu'il reste sur l'excitatrice 2 une faible rémanence positive, ce qui permet son réamorçage si elle est couplée en excitation shunt.
Si l'excitatrice 2 est à excitation séparée, il est préférable de réduire la zone d'insensibilité, de manière à obtenir sur l'excitatrice 2 une faible rémanence négative qui annulera la rémanence positive de la machine synchrone, permettant ainsi d'annuler pratiquement la tension aux bornes de cette dernière.
Enfin cette zone d'insensibilité supprimant les risques d'autoamorçage de la machine synchrone en excitation négative, permet d'augmenter le taux de contre-excitation, ce qui diminue le temps de dés- excitation.
La forme d'exécution selon la fig. 7 correspond au cas d'une machine de plus grande puissance. Les mêmes numéros de référence que dans les figures précédentes désignent des parties homologues.
On a en 12 une excitatrice auxiliaire avec un enroulement anticompound 13 réduisant la cons- tante de temps des inducteurs de l'excitatrice principale 2, et réduisant considérablement la rémanence de l'excitatrice auxiliaire 12 elle-même.
14 désigne ici l'enroulement de prémagnétisa- tion de l'amplificateur magnétique, alimenté par la tension U2 de l'excitatrice principale 2, au travers d'un circuit comprenant une résistance 15 et un redresseur 16, qui bloque le circuit lorsque la machine 1 est excitée normalement (U2>0) et qui produit un processus de désexcitation rapide irréversible, ce qui permet d'augmenter considérablement le taux de contre-excitation.
Les caractéristiques dynamiques de désexcitation correspondant à cet exemple, que l'on voit sur la fig. 8, permettent de faire les remarques suivantes.
EMI2.50
to < t < t1 U2>0 I>0 Processus irréversible t > t1 U2 < 0 (à cause des redresseurs 4) t > t2 I < 0 (à cause des redresseurs 4)
EMI2.51
<tb> a) <SEP> t0 <SEP> < <SEP> t <SEP> < <SEP> t1 <SEP> La <SEP> contre-excitation <SEP> est <SEP> commandée
<tb> uniquement <SEP> par <SEP> le <SEP> courant <SEP> d'excitation <SEP> I, <SEP> le <SEP> circuit <SEP> de <SEP> tension <SEP> étant
<tb> bloqué <SEP> par <SEP> le <SEP> redresseur <SEP> 16.
<tb> b) <SEP> t1 <SEP> < <SEP> t <SEP> < <SEP> t2 <SEP> La <SEP> tension <SEP> U2 <SEP> de <SEP> l'excitatrice <SEP> principale <SEP> étant <SEP> inversée <SEP> par <SEP> la <SEP> contreexcitation,
<SEP> un <SEP> courant <SEP> passe <SEP> dans <SEP> le
<tb> circuit <SEP> 14 <SEP> de <SEP> l'amplificateur <SEP> magnétique, <SEP> produisant <SEP> des <SEP> ampères-tours
<tb> augmentant <SEP> la <SEP> contre-excitation.
<tb> c) <SEP> t <SEP> > <SEP> t2 <SEP> Le <SEP> courant <SEP> d'excitation <SEP> I <SEP> étant <SEP> inversé, <SEP> les <SEP> ampères-tours <SEP> qu'il <SEP> fournit
<tb> s'opposent <SEP> aux <SEP> ampères-tours <SEP> du
<tb> circuit <SEP> de <SEP> tension <SEP> 14, <SEP> ramenant
<tb> l'amplificateur <SEP> au <SEP> point <SEP> zéro <SEP> et
<tb> mettant <SEP> ainsi <SEP> fin <SEP> au <SEP> processus <SEP> de
<tb> désexcitation.
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D'une manière générale on peut écrire NI = K,I -I- K2 U2 avec pour t0 < t < tl : Kl < 0 K2 = 0 pour t > t1 : K1 < 0 K2 > 0 d'où le processus irréversible a) pour t0 < t < tl :
I >0 K1 < 0 d'où 1 NI < 0 (contre-excitation) b) pour t1 < t < t2 : 1>0 K1 < 0 KI I < 0 U2 < 0 K, >0 K,U2 < 0 d'où E NI < < 0 (contre-excitation renforcée) c) pour t > t2 : I < 0 Kl < 0 K, I > 0 U2 < 0 K2>0 K,Uz < 0 d'où Ë NI --+ 0 Les conditions ainsi créées dans chacune des phases a, b, c, sont telles que ces phases se succèdent obligatoirement dans l'ordre a, b, c, et aboutissent ainsi à la désexcitation de la machine.
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Remarquons que ces 3 phases couvrent toutes les possibilités d'état d'excitation, notamment le cas d'excitation négative qui correspond à la phase c.
La forme d'exécution selon la fig. 9 illustre l'excitation manuelle et automatique, avec plage d'excitation négative, dans le cas d'une machine synchrone de grande puissance, avec désexcitation ultra-rapide sans aucun contact à courant continu.
En plus des éléments communs à la fig. 7, on a ici un transformateur variable 17 pour excitation manuelle, un pont de redresseurs 18 pour excitation manuelle, un enroulement 19 pour excitation manuelle, un appareil 20 de mesure de tension, un régulateur de tension 21, un redresseur 22, un enroulement 23 pour excitation automatique, un commutateur 24 main-automatique .
25 désigne une alimentation par un réseau auxiliaire ou par un générateur pilote.
EMI3.3
<tb> M <SEP> : <SEP> Excitation <SEP> manuelle: <SEP> 17 <SEP> - <SEP> 18 <SEP> - <SEP> 19
<tb> A <SEP> : <SEP> Excitation <SEP> automatique <SEP> = <SEP> La <SEP> chaîne <SEP> manuelle
<tb> 17 <SEP> - <SEP> 18 <SEP> - <SEP> 19 <SEP> donne
<tb> le <SEP> plafond <SEP> d'excitation <SEP> positive <SEP> (transformateur <SEP> 17 <SEP> au
<tb> maximum).
<tb> La <SEP> chaîne <SEP> automatique <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 21 <SEP> -
<tb> 22 <SEP> - <SEP> 23 <SEP> agit <SEP> en <SEP> sens
<tb> inverse.
Les circuits d'excitation automatique 20 - 21 - 22 et de désexcitation 3 - 4 - 10 - 11 peuvent rester branchés en parallèle sur l'enroulement 23 grâce aux redresseurs 11, 4 et 22.
Le contacteur d'excitation 5 intervient alors uniquement sur des circuits à courant alternatif.
Sur le diagramme de la fig. 10, la courbe 26 correspond à la désexcitation naturelle, la courbe 27 à la désexcitation sur résistance et la courbe 28 à la désexcitation au moyen d'un dispositif selon les fig. 7ou9.
Les éléments des différentes formes d'exécution décrites peuvent être combinés de différentes manières. Ainsi par exemple, dans des variantes 1. Les schémas des fig. 7 et 9 peuvent être réalisés sans excitatrice auxiliaire 12. 2. Le circuit de tension 14 - 15 - 16 peut être ajouté aux schémas des fig. 1 et 4.
3. L'enroulement anticompound 13 peut être placé sur l'excitatrice principale 2.
4. Le transducteur 3 pourrait être remplacé par un amplificateur magnétique autoexcité avec déma- gnétisation constante (la courbe en trait mixte sur la fig. 2 correspond à ce cas). Le contacteur 5 pourrait être remplacé par un relais sans contact du type magnétique ou à semi-conducteur.