Machine électrique de grande puissance à courant continu à hante tension. L'objet de l'invention est une machine électrique de grande puissance, à courant continu à haute tension.
On sait que les machines électriques de grande puissance, à courant continu à haute tension, présentent des arcs polaires, rela tivement grands, nécessaires pour qu'on obtienne entre deux polarités un nombre suffisant, de lames au collecteur. Par suite. la réaction de l'induit, c'est-à-dire la diffé rence des forces magnétomotrices dans l'en- trefer d'un bec polaire à l'autre est très grande dans ces machines; elle donne lieu dans l'entrefer à une forme excessivement défavorable du champ résultant de l'induc teur et de l'induit et, par conséquent, à des pertes dans le fer, à des pertes par courants de Foucault à des tensions maximum très élevées entre deux lames consécutives du collecteur.
Selon l'invention, on obtient une amélio ration considérable de la forme du champ résultant, ainsi qu'une économie de ma tière et de main d'ouvre, par rapport aux machines de grande puissance à courant. continu à haute tension. soit ordinaires. soit à enroulement de compensation sur l'induc teur. A cet effet, chacun des pôles princi paux de la machine comporte au moins deux noyaux polaires distincts excités. dif féremment et de façon que l'effet de la réac tion le l'induit soit diminué.
Le dessin annexé montre un exemple d'exécution de la machine.
La fig. 1 concerne le fonctionnement d'une machine usuelle de grande puissance à courant continu à haute tension; La fi,-. 2 est une vue schématique par tielle (le cet. exemple d'exécution; La fig. 3 se rapporte au fonctionnement dudit exemple; Les fig. 4 et 5 représentent deux schémas différents des connexions électriques dudit exemple.
Considérons d'abord une machine C'éné- ratrice usuelle de grande puissance à cou rant, continu à liante tension, ayant, par exemple, deux pôles principaux à un seul noyau polaire et deux pôles de commutation. Le champ dans l'entrefer d'une telle ma chine prend, comme on le sait, la forme de la courbe a de la fig. 1, lors de la marche à vide, Celle de la courbe c de cette figure pour la marche à pleine charge, Celle clé la. courbe b de ladite figure quand l'induit est traversé par le courant normal, tandis que l'inducteur n'est pas excité.
La force magnétomotrice, qui agit sur l'entrefer de la machine chargée, est figurée par la droite en mixte à la fig. 1. Elle se compose de la force magnétomotrice de l'in ducteur z et de celle de l'induit y. La diffé rence entre la plus grande et la plus petite force magnétomotrice est de 2 ymax.
Subdivisons maintenant chacun des deux pôles principaux en deux noyaux dis tincts. P1 P2 munis chacun d'un enroule ment comme la fig. 2 le montre. L'induit fournit alors les mêmes forces magnéto- motrices y1 y2 (fig. 3) comme ci-devant (fig. 1). Par contre les deux noyaux dis tincts sont excités différemment, Pl avec une force magnétomotrice, z1, P2 avec une force magnétomotrice z2.
La différence extrême des forces magné- tomotrices est. ainsi réduite à ymax et cela pour n'importe quelles excitations, qui rem plissent la condition z1-z2 = ymax.
Le maximum du champ correspond au nombre d'ampères-tours ymax + z2, il est donc plus petit que le maximum dans la fig.1 qui résulte des ampères-tours Les conséquences en sont évidentes: Le champ en charge s'écarte moins du champ à vide. L'induction maximale dans les dents est plus petite. Les pertes dans le fer et surtout les pertes par courants de Fou cault clans le cuivre de l'induit, qui sont fonctions du carré de la. force magnéto- motrice dans l'entrefer, sont diminuées.
L'exemple d'exécution ainsi obtenu de la machine peut être employé de deux façons différentes soit comme machine à potentiel constant, soit. comme machine à potentiel variable utilisée clans le système série pour transport d'énergie à grande distance.
Cas du potentiel constant.
Si l'on excite les deux noyaux P1 1? de chaque pôle principal de façon identique, la forme du champ dans l'entrefer, lors clé la marche à. vide reste à peu près la même que dans la machine usuelle, et est. donnée par la courbe a clé la fi,-. 3. En charge, par con tre, l'excitation du noyau P1 doit, par exem ple, être augmentée, et celle du noyau P2 être diminuée, afin qu'on obtienne un champ suivant la courbe d clé la fig. 3.
Ce résultat est. atteint selon la fig. 5, grâce au fait que l'un des noyaux polaires P1 comporte, en plus clé son enroulement. normal d'excitation S1 un enroulement: compound C, et l'autre, P2, en plus de son enroulement. normal un enroulement anti- compound À ('.
Les cieux enroulements S, S., sont. en série clans le circuit extérieur d'une excitatrice T dont la tension est réglée au moyen d'un rhéostat Il intercalé clans son circuif inducteur. Le sens du courant en S1 et: S_ peut: ètre changé au moyen du commutateur F pour la marche en généra trice ou en moteur de la machine: G. L'enrou lement A C peut être court-circuité. à. l'aide d'un interrupteur D lorsqu'on veut. obtenir un champ clé démarrage pour la mise en marche de cette machine G comme moteur.
La différence des excitations des. deux noyaux P, P., peut être obtenue autrement. par exemple, par le réglage séparé des deux excitations.
Cas du potentiel variable.
Dans ce cas, la variation clé la charge est obtenue: par variation de la. tension, c-'est-à- dire par variation entre 0 et, un maximum du champ résultant de l'inducteur et, de l'induit.
Pour la marche à 0 volts, les deux noyaux polaires P, P, de chaque. pôle sont. excités en sens inverses l'un de l'autre. Le champ résultant dans l'entrefer est représenté par la courbe b de la fi,-,. 3. La somme alzébri- que des flux selon la courbe b entre cieux pôles de commutation est nulle. Si l'on excite le noyau P1, et si l'on désexcite jus qu'à zéro le noyau P2 le champ résultant augmente et prend la forme de la courbe c de la fig. 3.
En excitant ensuite les deux noyaux toujours de telle faon que la diffé rence de leurs forces magnétomotrices z1 --s- garde la valeur y on obtient finalement un champ suivant la courbe d de cette fig. 3.
Selon la fi--. 4, les enroulements S, S2 des noyaux P1, P2 sont montés en série dans le circuit extérieur de l'excitatrice E. Leurs extrémités communes sont reliées à la ma nette R2 d'un rhéostat R1 dont les deux bouts sont respectivement reliés aux deux autres extrémités de ces enroulements. Quand la manette est sur le zéro, ils sont traversés par le même courant mais qui crée des polarités de signes contraires dans les deux noyaux. Cette position de la manette R2 correspond donc à la tension 0 aux bornes de la machine. Pour obtenir une tension aux bornes dans l'un ou l'autre sens (fonc tionnement en génératrice ou en moteur) on n'a qu'à déplacer la manette vers 1 ou vers 2.
Pour le démarrage comme moteur, les enroulements S1 S2 sont insérés clans le circuit de l'induit (le la machine G au lieu d'être alimentés par l'excitatrice E. ce qui a lieu au moyen du commutateur H.
Il va sans dire due le nombre des pôles principaux peut être plus grand due deux. chacun d'eux peut comporter plus de deux noyaux distincts munis chacun d'une exci tation séparée.
High-power DC haunting electric machine. The object of the invention is a high-power, high-voltage direct current electric machine.
It is known that high-power direct current electric machines have relatively large polar arcs necessary for obtaining a sufficient number of plates at the collector between two polarities. As a result. the reaction of the armature, that is to say the difference in magnetomotive forces in the gap from one pole nozzle to another, is very great in these machines; it gives rise in the air gap to an excessively unfavorable form of the field resulting from the inductor and the armature and, consequently, to losses in the iron, to losses by eddy currents at very high maximum voltages between two consecutive blades of the collector.
According to the invention, there is obtained a considerable improvement in the shape of the resulting field, as well as a saving in material and labor, compared with high-power machines with current. continuous high voltage. or ordinary. or with compensation winding on the inductor. To this end, each of the main poles of the machine comprises at least two separate excited pole cores. differently and in such a way that the effect of the reaction induces it is reduced.
The accompanying drawing shows an example of execution of the machine.
Fig. 1 relates to the operation of a conventional high-power high-voltage direct current machine; The fi, -. 2 is a partial schematic view (this example of execution; Fig. 3 relates to the operation of said example; Figs. 4 and 5 show two different diagrams of the electrical connections of said example.
Let us first consider a usual high power current generator, continuous voltage binder, having, for example, two main poles with a single polar core and two switching poles. As we know, the field in the air gap of such a ma chine takes the shape of the curve a in fig. 1, when running at no load, That of curve c in this figure for running at full load, That of the key. curve b of said figure when the armature is crossed by the normal current, while the inductor is not excited.
The magnetomotive force, which acts on the air gap of the loaded machine, is shown by the straight line in mixed form in fig. 1. It is composed of the magnetomotive force of the inductor z and that of the armature y. The difference between the largest and the smallest magnetomotive force is 2 ymax.
Now let us subdivide each of the two main poles into two distinct nuclei. P1 P2 each fitted with a winding as in fig. 2 shows it. The armature then provides the same magnetomotive forces y1 y2 (fig. 3) as above (fig. 1). On the other hand, the two distinct nuclei are excited differently, Pl with a magnetomotive force, z1, P2 with a magnetomotive force z2.
The extreme difference in magnetomotive forces is. thus reduced to ymax and that for any excitations, which fulfill the condition z1-z2 = ymax.
The maximum of the field corresponds to the number of ampere-turns ymax + z2, it is therefore smaller than the maximum in fig. 1 which results from the ampere-turns The consequences are obvious: The field under load deviates less from the empty field. The maximum induction in the teeth is smaller. The losses in the iron and especially the losses by Crazy cault currents in the copper of the armature, which are functions of the square of the. magnetomotive force in the air gap are reduced.
The example of execution thus obtained of the machine can be used in two different ways, either as a constant potential machine or. as a variable potential machine used in the series system for long-distance energy transport.
Case of constant potential.
If we excite the two nuclei P1 1? of each main pole identically, the shape of the field in the air gap, when walking to. vacuum remains roughly the same as in the usual machine, and is. given by the key curve the fi, -. 3. Under load, on the other hand, the excitation of the core P1 must, for example, be increased, and that of the core P2 be decreased, so that a field is obtained according to the key curve in fig. 3.
This result is. achieved according to fig. 5, thanks to the fact that one of the pole cores P1 comprises, in addition to its winding key. normal S1 excitation one winding: compound C, and the other, P2, in addition to its winding. normal an anti-compound winding À ('.
The heavens windings S, S., are. in series clans the external circuit of an exciter T whose tension is regulated by means of a rheostat II interposed clans its circuif inductor. The direction of the current in S1 and: S_ can: be changed by means of switch F for operation as a generator or as a machine motor: G. Winding A C can be short-circuited. at. using a switch D when desired. obtain a start key field for starting this machine G as a motor.
The difference in the excitations of. two nuclei P, P., can be obtained otherwise. for example, by the separate adjustment of the two excitations.
Case of variable potential.
In this case, the key variation in the load is obtained: by variation of the. voltage, that is to say by variation between 0 and, a maximum of the field resulting from the inductor and, from the armature.
For operation at 0 volts, the two polar cores P, P, of each. pole are. excited in opposite directions from each other. The resulting field in the air gap is represented by the curve b of the fi, - ,. 3. The alzebraic sum of the fluxes along curve b between the switching poles is zero. If we excite the core P1, and if we de-energize the core P2 to zero, the resulting field increases and takes the form of the curve c in fig. 3.
By then exciting the two nuclei always in such a way that the difference in their magnetomotive forces z1 --s- keeps the value y we finally obtain a field following the curve d in this fig. 3.
According to the fi--. 4, the windings S, S2 of the cores P1, P2 are connected in series in the external circuit of the exciter E. Their common ends are connected to the net ma R2 of a rheostat R1 whose two ends are respectively connected to the two other ends of these windings. When the lever is on zero, they are crossed by the same current but which creates polarities of opposite signs in the two cores. This position of handle R2 therefore corresponds to voltage 0 at the terminals of the machine. To obtain a voltage at the terminals in either direction (operation as a generator or as a motor) all you have to do is move the lever towards 1 or 2.
For starting as a motor, the windings S1 S2 are inserted in the armature circuit (the machine G instead of being supplied by the exciter E. which takes place by means of the switch H.
It goes without saying that the number of main poles can be greater due to two. each of them may include more than two distinct cores each provided with a separate excitation.