Installation de distribution électrique à courants polyphasés. La présente invention se rapporte à une installation de distribution électrique à cou rants polyphasés, dans laquelle se manifestent des composantes polyphasées, désirée et non- désirée et qui renferme un appareil destiné à fonctionner seulement avec la composante de courant désirée.
Suivant l'invention, l'installation comporte une machine dynamoélectrique auxiliaire à enroulements primaire et secondaire, qui fonc tionnerait à des vitesses différentes (la dif férence pouvant être soit une différence de sens, soit une différence de grandeur) sous la commande des deux composantes de cou rant et dont l'enroulement primaire comprend des bobines de phase reliées en série entre des bornes auxquelles se manifestent les deux composantes et l'appareil destiné à fonction ner seulement avec la composante désirée, tandis que l'enroulement secondaire de cette machine est amené à tourner par rapport à son enroulement primaire à une vitesse au moins à peu près synchrone correspondant à la composante de courant non-désirée, grâce à quoi ladite machine offre une impédance relativement faible à la composante de cou rant désirée.
Les fig. 1 et 2 du dessin schématique annexé représentent, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention.
L'installation représentée à la fig 1. com porte un convertisseur de phase rotatif 1 ayant un stator polyphasé 2 et un rotor à enroulement en cage d'écureuil, la machine 1 étant, comme construction, similaire à un moteur à induction polyphasé ordinaire.
Une source de courant formée par un transformateur 4 fournit du courant alternatif monophasé au convertisseur de phase 1 et du courant polyphasé est fourni conjointement directement par la source 4 et indirectement par le convertisseur de phase 1 'à une ligne de distribution polyphasée, telle que celle alimentant un moteur de traction électrique 5 du type à induction.
Inversement, pendant la période de ré cupération ou de régénération électrique, la machine 5 fonctionnera comme générateur polyphasé asynchrone; l'énergie électrique produite sera transmise au transformateur 4 directement et par l'intermédiaire du conver tisseur 1.
Ainsi que cela est bien connu, les chutes ohmique et inductive dans le convertisseur 1 produisent un effet de distorsion sur les forces électromotrices polyphasées dérivées de cette machine dans des conditions de charge, de façon à donner lieu à un déséquilibrage de l'installation.
Cet effet de déséquilibrage est en majeure partie éliminé, dans la forme d'exécution re présentée, par l'emploi d'une machine dynamo- électrique auxiliaire 6, similaire à un moteur à induction polyphasé ordinaire, comme le convertisseur de phase rotatif et comportant un enroulement primaire à bobines de phase 7, 8 et 9 et un enroulement secondaire 10, celui-ci étant représenté comme étant monté sur le rotor, bien que le rotor puisse indif féremment comporter soit l'enroulement secon daire, soit l'enroulement primaire.
Les bobines de phase 7, 8 et 9 de l'enroulement primaire de la machine 6 sont conductivement séparées d'entre elles à l'intérieur de la machine et sont intercalées respectivement en série dans les conducteurs de distribution entre le con vertisseur 1 et le moteur 5 et les connexions électriques sont telles que la séquence de phase dans la machine 6 s'établisse dans le sens opposé à celui de la séquence de phase dans le convertisseur 1, tandis que le rotor de la machine 6 est entraîné dans la direc tion de rotation du rotor 3 par l'arbre 11, qui relie les deux rotors.
Le nombre de pôles dans la machine 6 est le même que celui dans le convertisseur 1, ces deux machines étant directement reliées par l'arbre 11, grâce à quoi la fréquence correspondant au fonctionnement synchrone de la machine 6 est la même que celle en gendrée dans la machine 1.
Tandis que la machine auxiliaire 6 est représentée comme étant pourvue du même nombre de pôles que la machine principale 1, ce qui permet d'obtenir le résultat dont il sera question plus loin, des harmoniques d'ordre supérieur à l'harmonique fondamental peuvent être éliminés de la machine com- mandée en donnant à la machine auxiliaire 6 le nombre requis de pôles et en actionnant cette machine à une vitesse sensiblement synchrone avec le courant de l'harmonique fondamental.
Le fonctionnement de l'installation décrite est le suivant: En supposant que la machine 1 ait été mise en marche et fournisse de l'énergie au moteur 5, l'énergie dans les conducteurs de distribution sera de la fréquence de la source 4; mais les courants dans ces conducteurs ten dront à s'y déséquilibrer par suite des chutes dans la machine 1.
Le courant polyphasé déséquilibré peut être décomposé en deux composantes poly phasées équilibrées, l'une correspondant ait sens de rotation du moteur en avant, qui est la composante désirée, et l'autre au sens de rotatiôn en arrière, qui est la composante non-désirée, ces deux composantes étant de la même fréquence que la source 4. La com posante non-désirée, dont la séquence de phase .tend à entraîner le rotor de la machine dans le sens de rotation du rotor 3 oblige la machine 6 à fonctionner à peu prés en synchronisme par rapport à cette composante.
De cette façon, la machine 6 aura pour effet d'opposer son impédance synchrone à la com posante tendant à faire tourner le moteur en arrière, alors qu'elle aura peu d'effet par rapport à la composante de sens de rotation en avant. Par ces moyens, la composante polyphasé de sens de rotation en arrière sera pratiquement supprimée et la force électro motrice résultante fournie au moteur 5 sera équilibrée.
La machine 6 est représentée comme étant couplée rigidement avec la machine 1 de manière à assurer le fonctionnement en tous temps de la machine 6, quand bien même les courants de charge qui la traver sent sont tellement faibles en valeur qu'ils y empêchent le développement d'un torque de commande suffisant; mais si les courants de charge sont de valeur telle qu'ils main tiennent le torque désiré, l'arbre 11 peut être supprimé et la machine 6 peut marcher libre- ment, fonctionnant comme une machine asyn chrone et développant sensiblement sa pleine impédance synchrone, la vitesse de la machine différant de la vitesse synchrone seulement par le relativement faible glissement occa sionné par la friction mécanique, le frotte ment dans l'air et les pertes électriques.
Comme il a été indiqué plus haut, on comprend que l'élimination désirée d'harmo niques indésirables peut être accomplie en faisant marcher la machine auxiliaire 6 à la vitesse synchrone du courant harmonique qu'il est désiré d'éliminer de l'installation.
En se référant maintenant à la fig. 2, les éléments principaux de cette installation sont les mêmes que ceux de la première forme d'exécution, sauf que le convertisseur 1 est du type synchrone, cet effet étant produit par l'adjonction d'un enroulement excitateur à courant continu 12 sur le membre secon daire 3 du convertisseur. La machine auxi liaire 6 servant à l'équilibrage de l'installa tion est aussi du type synchrone et est reliée directement par l'arbre 11 au convertisseur 1, mais pourrait aussi fonctionner comme mo teur synchrone.
Dans ce dernier cas, il con viendra de prévoir des moyens pour déplacer circonférentiellement les axes polaires de la machine auxiliaire 6, ces moyens étant indi qués conventionnellement dans le dessin par des poignées 13 représentées comme étant appliquées aux pôles de champ de la ma chine 6 pour permettre de déplacer ces der niers dans le sens circonférentiel. Le fonc tionnement synchrone de la machine 6 permet le développement de la pleine impédance synchrone de celle-ci, assurant ainsi un effet d'équilibrage maximum pour une machine donnée.
Il a été proposé jusqu'à présent d'équi librer les forces électromotrices d'une instal lation polyphasée déséquilibrée en reliant une machine auxiliaire en dérivation sur l'instal lation, cette machine opposant une impédance sensiblement nulle à la composante de phase de sens de rotation en arrière, court-circuitant ainsi cette composante de phase indésirée et déterminant par suite l'équilibrage des forces électromotrices résultantes de l'installation. Dans les formes d'exécution représentées, cependant, la machine auxiliaire est reliée en série pour imposer une impédance syn chrone élevée à la composante de phase in- désirée.
Etant donné qu'une installation mono phasée peut être considérée comme une instal lation polyphasée complètement déséquilibrée, c'est-à-dire telle que la composante non-dé sirée ait la même amplitude que la com posante désirée, la machine 6 peut être em ployée dans cette application pour préserver l'équilibrage d'une installation polyphasée dont une charge monophasée est empruntée. En d'autres termes, avec une charge mono phasée à deux composantes polyphasées équi librées égales et de sens de rotation contraires, il est seulement nécessaire d'empêcher l'une des composantes de charge de l'installation monophasée d'être imposée à la source poly phasée équilibrée afin d'y maintenir un équi librage.
Par conséquent, la machine 6 peut être reliée en série entre la charge mono phasée (complétée par des conducteurs d'équi librage) et la partie polyphasée de l'installa tion et être amenée à tourner à une vitesse telle que la composante de charge indésirée soit étouffée. C'est ce qui aurait lieu; par exemple, lorsque la machine 5 (fig. 1) fonc tionne en régénération, si l'installation ne comprenait pas de convertisseur et si la bo bine 7 était, par exemple, reliée directement art point médian de l'enroulement secondaire du transformateur 4.
Polyphase current electrical distribution installation. The present invention relates to an electrical distribution installation with polyphase currents, in which polyphase, desired and unwanted components are manifested and which contains an apparatus intended to operate only with the desired current component.
According to the invention, the installation comprises an auxiliary dynamoelectric machine with primary and secondary windings, which would operate at different speeds (the difference possibly being either a difference in direction or a difference in magnitude) under the control of the two components. current and whose primary winding comprises phase coils connected in series between terminals to which the two components appear and the device intended to function only with the desired component, while the secondary winding of this machine is caused to rotate relative to its primary winding at a speed at least approximately synchronous corresponding to the unwanted current component, whereby said machine provides relatively low impedance to the desired current component.
Figs. 1 and 2 of the appended schematic drawing represent, by way of example, two embodiments of the object of the invention.
The installation shown in fig 1. com carries a rotary phase converter 1 having a polyphase stator 2 and a squirrel cage winding rotor, the machine 1 being, in construction, similar to an ordinary polyphase induction motor.
A current source formed by a transformer 4 supplies single-phase alternating current to the phase converter 1 and polyphase current is jointly supplied directly by the source 4 and indirectly by the phase converter 1 'to a polyphase distribution line, such as that feeding an electric traction motor 5 of the induction type.
Conversely, during the period of electrical recovery or regeneration, the machine 5 will operate as an asynchronous polyphase generator; the electrical energy produced will be transmitted to transformer 4 directly and via converter 1.
As is well known, the ohmic and inductive drops in the converter 1 produce a distorting effect on the polyphase electromotive forces derived from this machine under load conditions, so as to give rise to an unbalance of the installation.
This unbalancing effect is for the most part eliminated, in the embodiment shown, by the use of an auxiliary dynamo-electric machine 6, similar to an ordinary polyphase induction motor, like the rotary phase converter and comprising a primary winding with phase coils 7, 8 and 9 and a secondary winding 10, the latter being shown as being mounted on the rotor, although the rotor may either have either the secondary winding or the primary winding .
The phase coils 7, 8 and 9 of the primary winding of the machine 6 are conductively separated from each other inside the machine and are respectively interposed in series in the distribution conductors between the converter 1 and the motor 5 and the electrical connections are such that the phase sequence in machine 6 runs in the opposite direction to that of the phase sequence in converter 1, while the rotor of machine 6 is driven in the direction rotation of the rotor 3 by the shaft 11, which connects the two rotors.
The number of poles in the machine 6 is the same as that in the converter 1, these two machines being directly connected by the shaft 11, whereby the frequency corresponding to the synchronous operation of the machine 6 is the same as that in gendée in machine 1.
While the auxiliary machine 6 is shown as being provided with the same number of poles as the main machine 1, which achieves the result which will be discussed later, harmonics of a higher order than the fundamental harmonic can be eliminated from the controlled machine by giving the auxiliary machine 6 the required number of poles and by operating this machine at a speed substantially synchronous with the current of the fundamental harmonic.
The operation of the installation described is as follows: Assuming that the machine 1 has been started and supplies energy to the motor 5, the energy in the distribution conductors will be of the frequency of the source 4; but the currents in these conductors will tend to become unbalanced there as a result of falls in the machine 1.
The unbalanced polyphase current can be broken down into two balanced polyphase components, one corresponding to the direction of rotation of the motor forward, which is the desired component, and the other to the direction of rotation backward, which is the non-component. desired, these two components being of the same frequency as the source 4. The unwanted component, whose phase sequence tends to drive the rotor of the machine in the direction of rotation of the rotor 3 forces the machine 6 to operate more or less in synchronism with respect to this component.
In this way, the machine 6 will have the effect of opposing its synchronous impedance to the component tending to rotate the motor backwards, while it will have little effect with respect to the component of the direction of rotation forwards. By these means, the polyphase component of reverse direction of rotation will be practically suppressed and the resulting electro-motive force supplied to the motor 5 will be balanced.
The machine 6 is shown as being rigidly coupled with the machine 1 so as to ensure the operation of the machine 6 at all times, even though the load currents which pass through it are so low in value that they prevent the development therein. sufficient control torque; but if the load currents are of such value as to maintain the desired torque, shaft 11 can be omitted and machine 6 can run freely, functioning as an asynchronous machine and substantially developing its full synchronous impedance, the speed of the machine differing from the synchronous speed only by the relatively low slip caused by mechanical friction, friction in the air and electrical losses.
As indicated above, it is understood that the desired elimination of unwanted harmonics can be accomplished by operating the auxiliary machine 6 at the speed synchronous with the harmonic current which it is desired to eliminate from the installation.
Referring now to fig. 2, the main elements of this installation are the same as those of the first embodiment, except that the converter 1 is of the synchronous type, this effect being produced by the addition of a direct current exciter winding 12 on the secondary member 3 of the converter. The auxiliary machine 6 serving for balancing the installation is also of the synchronous type and is connected directly by the shaft 11 to the converter 1, but could also function as a synchronous motor.
In the latter case, it will be appropriate to provide means for circumferentially moving the pole axes of the auxiliary machine 6, these means being conventionally indicated in the drawing by handles 13 shown as being applied to the field poles of the machine 6. to allow these latter to be moved in the circumferential direction. The synchronous operation of the machine 6 allows the development of the full synchronous impedance thereof, thus ensuring a maximum balancing effect for a given machine.
Up to now, it has been proposed to release the electromotive forces of an unbalanced polyphase installation by connecting an auxiliary machine in shunt on the installation, this machine opposing a substantially zero impedance to the phase component of the direction of rotation backwards, thus short-circuiting this unwanted phase component and consequently determining the balancing of the electromotive forces resulting from the installation. In the embodiments shown, however, the auxiliary machine is connected in series to impose a high synchronous impedance on the unwanted phase component.
Since a single-phase installation can be considered as a completely unbalanced polyphase installation, i.e. such that the undesired component has the same amplitude as the desired component, machine 6 can be used. used in this application to preserve the balancing of a polyphase installation from which a single-phase load is taken. In other words, with a single-phase load with two equal balanced polyphase components and opposite directions of rotation, it is only necessary to prevent one of the load components of the single-phase installation from being imposed on the load. balanced poly-phased source in order to maintain a balance therein.
Therefore, the machine 6 can be connected in series between the single phase load (supplemented by balancing conductors) and the polyphase part of the plant and be made to rotate at such a speed that the unwanted load component be suffocated. This is what would take place; for example, when machine 5 (fig. 1) is operating in regeneration, if the installation did not include a converter and if coil 7 was, for example, directly connected to the midpoint of the secondary winding of transformer 4 .