Brevet FR2523380A1 — publié le 19830916

La présente invention concerne un appareil d'excitation sans balai pour des machines tournantes et plus particulièrement un appareil d'excitation sans balai, utilisé sur une excitatrice pour des générateurs synchrones du type à champ tournant. En général, dans le cas des appareils d'excitation sans balai destinés à être utilisés avec des générateurs synchrones à champ tournant, une excitatrice à courant continu est raccordée directement à l'extrémité de l'arbre du générateur. Le courant alternatif produit dans l'excitatrice à courant alternatif est converti en un courant continu par un redresseur rotatif monté sur le rotor, et le courant continu est envoyé à la bobine inductrice ou bobine de champ du générateur synchrone en vue d'exciter ce dernier. Par rapport aux excitatrices à courant continu, l'excitatrice sans balai présente comme avantages de ne pas nécessiter de balais ni de collecteur et d'être d'un entretien commode. C'est en raison de ces avantages que l'excitatrice sans balai est largement utilisée. Dans l'excitatrice sans balai classique, le redresseur rotatif utilise un raccordement triphasé à simple alternance ou un raccordement triphasé en pont. Lorsqu'il est utilisé avec le redresseur rotatif, le raccordement triphasé à simple alternance présente comme avantage que l'on peut donner une structure simple au redresseur rotatif étant donné que l'une des électrodes de ce redresseur peut être utilisée comme électrode commune. Mais par ailleurs, il fournit un flux de courant magnétique résiduel et par conséquent ne peut pas être utilisé sur des machines synchrones de taille assez importante. D'autre part, lorsqu'il est utilisé sur le redresseur rotatif, le raccordement triphasé en pont présente comme inconvénient le fait que, lors du montage du redresseur sur le rotor, il est nécessaire d'isoler les deux électrodes de chaque redresseur, ce qui rend complexe la structure du redresseur rotatif. Basée sur l'idée de résoudre les inconvénients mentionnés ci-dessus, la présente invention a pour objectif de fournir un appareil d'excitation sans balai pour des machines tournantes, qui simplifie la structure du redresseur rotatif et supprime l'apparition du flux de courant magnétique résiduel, ce qui rend possible d'utiliser une alimentation efficace, en puissance en courant continu élevée; du chai.'.p tournant du générateur synchrone. Afin d'atteindre cet objectif, l'appareil d'exci- tation sans balai selon la présente invention comporte une excitatrice à courant alternatif raccordée directement à l'extrémité de l'arbre de la machine tournante et comportant un induit formé de deux enroulements triphasés de manière à produire une énergie hexaphasée, et un appareil redresseur servant à convertir le courant alternatif produit dans l'excitatrice à courant alternatif en un courant continu, tandis que ledit redresseur est raccordé selon un montage en double étoile hexaphasé, le système à champ tournant de la machine tournante agissant en tant que bobine d'arrêt entre phases, et tous les dispositifs redresseurs constituant l'appareil redresseur étant raccordés à une extrémité d'une électrode commune. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 montre un circuit de raccordement de l'excitatrice sans balai pour générateurs synchrones du type à champ tournant, conforme à la présente invention; la figure 2 est un schéma de connexions de l'induit d'une excitatrice à courant alternatif utilisee dans la forme de réalisation de l'invention; et la figure 3 est un schéma montrant la structure approximative du redresseur utilisé dans la forme de réalisation de l'invention. On va maintenant expliquer la présente invention de façon détaillée en se référant à la forme de réalisation représentée sur les dessins annexés. La figure 1 représente le schéma de raccordement d'une forme de réalisation. La référence 1 désigne l'induit d'une excitatrice à courant alternatif sur lequel sont enroulés des bobines hexaphasées U1, V1, W1, W2, V2, W2. L'excitatrice à courant alternatif est raccordée directement à l'extrémité de l'arbre du générateur synchrone. L'induit 1 est excité par un courant continu obtenu par redressement du courant alternatif provenant du transformateur raccordé à la barre omnibus du générateur synchrone. L'induit 1 de l'excitatrice à courant alternatif de cette forme de réalisation est à six phases et comporte six bobines U1, V1, W1, U2, V2 et W2. Comme représenté sur la figure 2, deux des bobines triphasées U1, V1, W1 et U2, V2 et W2 sont combinées. Les bobines U1 et U2 de la même phase sont disposées dans des fentes voisines.De cette manière, on obtient une force électromotrice hexaphasée équilibrée. Le courant produit par la force électromotrice hexaphasée équilibrée sur l'induit 1 est envoyé au redresseur rotatif 2 monté sur le rotor de l'excitatrice à courant alternatif représentée sur la figure 1. Le redresseur rotatif 2 transforme le courant alternatif provenant de l'induit 1 en un courant continu qui est ensuite envoyé au système à champ tournant 3 de manière à exciter le générateur synchrone. .Le redresseur rotatif 2, tel que représenté sur la figure 2, se compose de six dispositifs redresseurs 4A, 4B, 4C, 4D, 4E et 4F, qui sont raccordés selon un montage en double étoile de manière à former un circuit redresseur. Ces dispositifs redresseurs ont une électrode commune 5 raccordant toutes leurs cathodes. Ci-après, en se référant à la figure 3, on va décrire de façon détaillée la structure du redresseur rotatif 2. Les anodes des six dispositifs redresseurs sont raccordées à des blocs à bornes 6-1, 6-2, 6-3, 6-4, 6-5 et 6-6, qui sont tous isolés et raccordés respectivement aux bobines U1, V1, W1, U2, V2 et W2. Leurs cathodes sont raccordées à l'électrode commune 5, sans être isolées. Le courant de sortie I du redresseur rotatif 2 est prélevé sur l'électrode commune 5 et étant donné que, comme représenté sur la figure 1, le point de sortie de l'élec trode communeS 5 est raccordé au point médian du système à champ tournant 3, le courant de sortie I du redresseur est appliqué à ce point médian du système à champ tournant 3. Dans l'induit 1 du redresseur à courant alternatif, les bobines U1, V1 et W1 sont raccordées en communloen 01 à une extrémité du système à champ tournant 3, tandis que les bobines U2, V2 et W2 sont raccordées en commun en 02 à d'autres extrémités du système à champ tournant.Par conséquent la tension de sortie continue provenant du redresseur rotatif 2 est appliquée à partir du point médian au bobines U1, V1, W1 et U2, V2, W2 raccordées en deux groupes. Dans cette forme de réalisation, deux groupes de bobines U1, V1, W1 et U2, V2 et W2 produisent une inductance mutuelle à travers le circuit magnétique du générateur synchrone lorsque les courants I1, I2 sont déli- vrés à partir du système à champ tournant 3. Par conséquent le redresseur rotatif 2 peut utiliser le système à champ tournant 3 du générateur synchrone en tant que bobine d'arrêt entre phases. Ci-après on va expliquer le fonctionnement de cette forme de réalisation. Lorsque le générateur synchrone commence à tourner, une force électromotrice est produite dans chaque mobine U1, V1, W1, U2, V2, W2 sur l'induit du redresseur à courant alternatif. Deux groupes de bobines U1, V1, W1 et U2, V2, W2 sont bobinés de telle manière que les couples de bobines de la même phase sont montés dans des fentesvoisines,comme représenté sur la figure 2, ce qui fournit une énergie hexaphasée équilibrée. En outre, étant donné que les directions des courants circulant dans les fentes voisines sont opposées, le flux de courant magnétique résiduel est substantiellement réduit. Le courant alternatif produit par I1 induit 1 est redresse par les dispositifs redresseurs montés sur le redresseur rotatif 2. Etant donné que le point médian du système à champ tournant 2 est raccordé au point de sortie du redresseur, les bobines U1, V1, W1, U2, V2, W2 provoquent l'apparition de l'induction mutuelle à travers le circuit magnétique du générateur synchrone dxe sorte que le système à champ tournant 3 est utilisé en tant que bobine d'arrêt d'entrephases. C'est pourquoi il n'y a pas besoin de prévoir une bobine d'arrêt particulière entie pha- ses, ce qui a pour effet que le dispositif est d'une construction plus simple. On peut résumer de la manière indiquée ci-après les caractéristiques de l'excitatrice sans balai pour machines tournantes selon la présente invention: deux bobines triphasées sont bobinées sur l'induit de l'excitatrice à courant alternatif raccordé directement à l'extrémité de l'arbre d'une machine tournante de manière à former un induit à 6 phases; le redresseur servant à redresser le courant produit par l'excitatrice à courant alternatif est raccordé selon un montage en double étoile hexaphasé de sorte que le champ tournant de la machine tournante est utilisé en tant que bobine d'arrêt entre phases; et les dispositifs redresseurs du redresseur rotatif sont raccordés, au niveau d'une extrémité, à une électrode commune. La construction indiquée ci-dessus permet d'utiliser des dispositifs redresseurs semblables pour toutes les phases et permet le raccordement d'une extrémité de ces dispositifs redresseurs à une électrode commune tournante. Etant donné que le système à champ tournant agit à la manière d'une bobine d'arrêt entrephases, il n'est pas nécessaire de prévoir une bobine d'arrêt particulière ente phases, ce qui à nouveau entraine une construction plus simple du dispositif. En outre, étant donné que l'induit de 1' excitatrice à courant alternatif se compose de deux enroulements triphasés en vue de produire une énergie hexaphasée, ceci permet d'empêcher l'apparition du flux de courant magnétique résiduel, avec comme conséquence une réduction des pertes de l'excitatrice à courant alternatif, ce qui à son tour permet l'envoi d'une énergie importante en courant continu au champ tournant de la machine synchrone. REVENDICATIONS 1. Appareil excitateur sans balai pour machine tournante, caractérisé en ce qu'il comporte une excitatrice à courant alternatif raccordée directement à l'ex trémité de l'arbre de la machine tournante et comportant une armature (1) constituée de deux enroulements triphasés (Ul,Vl,Wl;;U2,V2,W2) servant à produire une énergie hexaphasée, un redresseur (2) servant à redresser le courant produit dans l'excitatrice à courant alternatif et envoyant le courant redressé à la bobine de champ de la machine tournant afin d'exciter cette dernière, que le redresseur (2) est raccordé selon un montage en double étoile hexaphasé, tandis que le système à champ tournant (3) de la machine tournante agit à la manière d'une bobine d'arrêt entr phases, tous les dispositifs redresseurs (4A-4F) formant le redresseur rotatif (2) étant raccordés, au niveau d'une extrémité, à une électrode commune (5). 2. Appareil excitateur sans balai pour machine tournante selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bobines d'induit (Ul,Vl,Wl;U2,V2,W2) de l'excitatrice à courant alternatif sont disposées de telle manière que les bobines de même phase (Ul,Vl;U2,V2;Wl,W2) sont montées séparément dans des fentes voisines. 3. Appareil excitateur sans balai pour machine tournante selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode commune (5) des dispositifs redresseurs (4A-4F) du redresseur rotatif (2) est raccordée au point médian du système à champ tournant (3).