Brevet FR2011322A1 — publié le 19700227

L'invention a pour objet un dispositif d'excitation de machines synchrones par excitatrice à redresseur de courant dans lequel l'excitation de la machine principale réponde automatiquement aux variations de charge et l'on puisse encore maintenir, en cas de court-circuit entre les bornes de la machine principale, un courant d'excitation de valeur fixée à volonté sans avoir à prdle- ver de puissance sur le circuit de stator de celle-ci par l'inter mêdiaire de bobines de réactance et de transformateurs d'intensité, nécessité souvent fort onéreuse dans les machines à haute tension et fortes intensités de stator. Ce dispositif est caractérisé par le fait que l'enroulement inducteur de l'excitatrice est directement ou indirectement couplé rétroactivement avec le circuit inducteur de la machine synchrone et l'effet de ce couplage) suivant lequel l'enroulement inducteur de la machine synchrone serait alimenté, indépendamment de la charge de cette dernibre, par un fort courant exclusivement limité par la saturation de l'excitatrice, est modifié par un régulateur qui ruine à tout moment ce courant a la valeur appropriée à la charge alors atteinte.L'enroulement inducteur de l'excitatrice est de la sorta branché entièrement ou partiellement en parallèle sur celui de la machine principale et l'excitatrice est calculée de maniare à transmettre par le redresseur à l'enroulement inducteur de la machine principale et par conséquent aussi au Stêl propre davantage de courant qu'il n'en fat+ à la tension considérée de la machine. L'excès de courant est évacué par un régulateur. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé. Le schéma de la figure 1 comprend, comme machine principale, un alternateur t dont l'enroulement inducteur 2, c'est-à-dire l'enroulement du rotor, est alimenté par l'intermédiaire du redresseur 3 et de bagues collectrices à partir de l'enroulement de stator de l'excitatrice 4. L'enroulement inducteur 5 de l'excitatrice est branché en parallèle, le cas échéant à travers une résistance effective 6, sur l'enroulement inducteur 2 de la machine principale ou sur une partie de ce dernier. Un condensateur 7 peut en outre être relié en parallèle à l'enroulement de stator de 1' exci- tatrice. Le redresseur 3 est par exemple un pont semi-commandé. Le condensateur 7 est calculé en sorte que ltexcitatrice 4 s'amorce en tournant à vide, la machine principale t s'excitant alors également. Si l'on branche le redresseur 3 sur une résistance équivalente à celle des deux enroulements inducteurs montés en parallèle et si l'on applique aux bagues collectrices une tension réglable Ue, on obtient dans cette résistance équivalente un courant I' dont la caractéristique en fonction de la tension U e e s'incurve, comme on le voit sur la figure 2, à saturation croissante de l'excitatrice.Cette caractéristique recoupe, lorsque le redresseur est réglé à plein, la courbe des valeurs prescrites 1e du courant d'excitation à la valeur limite IeG. 'Lais la commande du redresseur 3 permet de saturer aussi l'excitatrice 4 avec des courants inducteurs plus faibles, si bien que l'on passe de la caractéristique Ie' à la caractristique Ie" et que l'on obtient au par exemple un point de recoupement correspend-*l courant inducteur nominal IeN. On peut par conséquent aboutir, suivant le degré de réglage du redresseur, à n'importe quel point d'intersection des deu caractéristiques Un dispositif tel que celui de la figure 1 exige qu le redresseur commandé 3 soit établi pour la puissance d'excitation totale de la machine principale. L'excitatrice doit l'être, de son côté, en vue d'un rapport de court-circuit relativement fort afin que le courant inducteur imprimé à l'excitatrice par l'en- roulement inducteur 2 à travers la résistance 6 ne sursature pu cette mssme excitatrice quand son courant de stator s 'annule sous réglage partiel du redresseur 3o D'où une excitatrice relativement importante. La figure 3 représente un autre exemple de réalisation avec les mimes références numériques que sur la figure 1 pour les parties identiques. Une des extrémités de l'enroulement inducteur 5 est reliée à une bague collectrice lui appartenant en propre et, de là, par l'intereédiaire de la résistance fixe 6, au pôle positif du redresseur 3 qui, à la différence du premier exemple, n'est pas commandé. L'enroulement inducteur 5 de l'excitatrice peut par contre être court-circuité par le thyristor 8 à extinction forcée. On retire de cette disposition l'avantage de n'avoir à établir ce thyristor que pour la puissance inductrice, faible, de l'*xci- tatrice/de pouvoir se contenter, pour cette dernière, d'un faible rapport de court-circuit puisque, son stator et son rotor étant toujours traversés simultanément par du courant, elle ne risque pas de se sursaturer en cas de disparition du flux magnétique dans l'une des deux parties. La figure 4 permet de voir ce qui se passe dans le circuit inducteur de l'excitatrice si l'on débloque le transistor 8 à l'instant t10 Le courant i de l'enroulement inducteur 5 s'éteint alors suivant la caractéristique de temps de ce meme circuit et s'annule à l'instant , Dans ces mimes conditions, le courant de la résistance 6 saute à la valeur 1R à l'instant t1 et s'annule lui aussi à l'instant t. Le thyristor 8 est alors traversé par la différence des deux courants : il est donc sollicité de manière très favorable. On peut régler à volonté le courant dans l'enroulement inducteur 5, et donc dans l'enroulement inducteur 2, selon les durées pendant lesquelles le thyristor est bloqué ou conducteur.En cas de blocage du thyristor 8, le courant de l'enroule- ment inducteur 5 est comme intrinsèque par suite de la faible constante de temps de ce circuit, avec résistance 6, ce qui assure une grande vitesse d'excitation de l'excitatrice. La figure 5 représente encore une autre forme de réalisation de l'invention, les références numériques déjà utilisées sur les figures 1 et 3 gardant la même signification. Dans cet exemple, l'enroulement inducteur 5 de l'excitatrice est alimenté par la tension aux bornes de cette dernière, à travers un redresseur particulier 9 et une bobine de réactance 10, donc bien en parallèle sur ltenroulem nt inducteur 2 de la machine principale t, mais cela b travers le circuit alternatif de l'excitatrice 4, c'est-àdire en couplage rétroactif indirect avec ledit enroulement 2.Un régulateur électronique à dérivation 11, connu en Allemagne sous le nom de "Thyripart", commande un circuit parallèle avec ou sans résistance ou bobine de réactance et permet d'établir du mdme fait n'importe quelle valeur de courant d'excitation dans l'en- roulement inducteur principal 2. La bobine de réactance 10 a pour rdle de faire parvenir à ltenroulement inducteur 5 des courants intrinsèques, de manière à réaliser des vitesses d'excitation élevées lorsque, au blocage du régulateur à dérivation 11, l'excès de courant de ce dernier est refoulé vers ledit enroulement 5. Le fait que le régulateur à dérivation se trouve dans le circuit alternatif rend inutile un dispositif d'extinction particulier des thyristors de ce régulateur. On peut aussi, comme sur la figure 6, amener le courant de charge à l'excitatrice à travers quelques spires de la bobine de réactance 10. On obtient alors, de même que dans les génératrices à tension constante connues, une excitation dépendante de la charge et automatique de l'excitatrice à une tension appropriée à la charge instantanée de la machine principale 1, tension fixée par le régulateur 11. On peut en outre brancher le condensateur 7 sur le circuit inducteur de l'excitatrice et l'accorder en résonance avec la bobine de réactanoeelO, par exemple à la fréquence du secteur : cela permet d'amorcer l'auto-excitation de l'excitatrice 4 sans source de tension séparée.On peut, si nécessaire, ajouter, en série avec le redresseur 9, du côté du courant alternatif, un transformateur intermédiaire afin de ne pas avoir à tenir compte de la tension de l'enroulement inducteur principal pour l'établissement de l'enroulement inducteur 5. La machine principale t et l'excitatrice 4 comportent, dans cet exemple, des bagues collectrices distinctes, au lieu d'avoir une ou deux bagues en commun comme sur les figures 1, 3 et 5. La figure 7 permet de se rendre compte du régime électrique dans le circuit inducteur de l'excitatrice 4. Soient j la carac- téristique, en fonction du courant d'excitation ie de l'enroule- ment inducteur 5, de la tension U0 aux bornes de l'zxcitatrice débitant sur la résistance constante de l'enroulement inducteur 2 et b la caractéristique du courant du circuit inducteur de l'excitatrice lorsque le redresseur 9 débite sur une résistance équivalente et que l'enroulement inducteur 5 st alimentés séparé- ment. La résistance équivalente est alors le siège d'un courant d'excitation i' beaucoup trop fort. Pour maintenir une tension inductrice déterminée, par exemple U, les deux circuits étant couplés, il faut donc que le régulateur lt, dirige l'excédent #ie e vers le circuit de dérivation0 En cas de blocage complet du régulateur il, les deux caractéristiques a et b ne se recoupent qu'd une très forte valeur limite ieG du courant inducteur, ce qui assure ici encore l'excitation en présence d'un court-circuit. Au lieu d'amorcer l'excitatrice 4 par le condensateur 7, on peut aussi faire parvenir à son enroulement inducteur des impulsions à partir d'une source de courant continu. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'excitation de machines synchrones par excitatrice à redresseur de courant caractérisé par le fait que l'enroulement inducteur de l'excitatrice est directement ou indirectement couplé rétroactivement avec le circuit inducteur de la machine synchrone et l'effet de ce couplage, suivant lequel l'enroulement inducteur de la machine synchrone serait alimenté, indépendamment de la charge de cette dernibre, par un fort courant exclusivement limité par la saturation de l'excitatrice, est modifié par un régulateur qui ramène à tout moment ce courant à la valeur appropriée a la charge alors atteinte. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'enroulement inducteur de l'excitatrice est branché en parallèle, à travers une résistance-effective, sur l'enroulement inducteur de la machine synchrone. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'enroulement inducteur de la machine synchrone est aliiont B partir do l'excitatrice par l'intermédiaire d'un redresseur commandé. 4 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que l'enroulement inducteur de la machine synchrone est ali senti à partir de 11 excitatrice par l'intermédiaire d'un redresseur non commandé et l'enroulement inducteur de l'excitatrice, alimenté également par ce redresseur, à travers une résistance, est court-circuité ou dégagé aux fins de régulation par un thyristor à extinction forcée 5 - Dispositif selon la revendication 1, avec couplage rétroactif indirect, caractérisé par le fait que l'enroulement inducteur de l'excitatrice est relié par l'intermédiaire d'un redresseur particulier et d'une bobine de réactance à l'enroulement à courant alternatif de cette même excitatrice, lequel alimente l'enroulement inducteur de la machine synchrone par l'intermédiaire du redresseur principal. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le redresseur particulier à l'excitatrice reçoit en plus, du ctté alternatif, une part de courant proportionnelle à la charge de ladite excitatrice. 7 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait qu'un circuit en dérivation comportant ou non une résistance ou une bobine de réactance et commandé par des thyristors est associé au redresseur particulier de l'excitatrice. 8 - Dispositif selon la revendication 1. caractérisé par le fait que des condensateurs sont branchés, constamment ou pour une courte durée, en parallèle sur l'enroulement à courant alternatif de l'excitatrice pour amorcer l'auto-excitation de celle-ci. 9 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enroulement inducteur de l'excitatrice reçoit, pour amorcer l'auto-excitation de celle-ci,des des impulsions à partir m e source de courant continu. 10 - Dispositif selon la revendication 7, caractdrisé par le fait qu'un condensateur accordé en résonance avec la bobine de réactance est branché en parallèle sur le côté alternatif du redresseur particulier à l'excitatrice.