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P7RFECTINNFiTS AU MODE DF.ICIî'Al'ïONDF MACHII#S DYNAMOS.
Cette invention est relative à un mode d'excitation applicable au contrôle des moteurs et des génératrices à courant continu et à celui des alternateurs et des moteurs synchrones- La mode habituel de variation de l'ex- citation est d'introduire des résistances dans le circuit de champ de la machine ou d'en retirer;
par suite de l'inductance de l'enroulement, le voltage de la dynamo répand tardivement à l'action de contrôle*
Le but principal de cette invention est d'employer des moyens de réglage du courant d'excitation tels que le voltage de la machine réponde avec rapidité à l'action da contrôle exercée,
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L'invention prévoit l'emploi d'une dynamo en combinaison avec une métadyne dont le secondaire alimente l'excitation d'un ou de plusieurs en- .roulements de champ de la djnamo,
la métàdyne étant munie d'un enroulement variateur secondaire et des moyens étant prévus pour faire varier le courant à travers cet enroulement variateur à l'effet de régler le courant d'excitation alimentant la machine dynamo*
Une métadyne est essentiellement une machine rotative comprenant un induit ayant un collecteur et un stator à l'intérieur duquel tourne l'induit à vitesse substantiellement constante- Dans sa forme la plus simple le collecteur porte un jeu de balais primaires et un jeu de balais secondaires disposés entre les balais primaires- Par suite@ de l'action réciproque des flux créés dans l'induit par les courants circulant entre les balais primaires et secondaires, la métadyne possède la propriété,
lorsque son induit est entraîna à vitesse constante et qu'elle est alimentée à ses balais primaires par une source à tension constante, de débiter un courant constant dans le circuit d'utilisation relié aux balais secondaires; la métadyne pouvant avoir plus d'un collec- teur et plus d'un enroulement d'induit.
La valeur du courant secondaire peut être variée, au moyen d'un enroulement de champ produisant un flux le long de l'axe des balais secondaires comme décrit ci-après*
La machine possède la propriété, dans ce cas, d'avoir une adaptation extrêmement rapide du courant secondaire au règlage- du courant à travers cet enroulement variateur-
La théorie du fonctionnement de la métadyne est brièvement la suivante :
le courant circulant à travers les balais primaires produit un flux magnétique ayant son axe le long de l'axe de commutation primaire, lequel flux crée une force électromotrice aux bornes des balais secondaires- Lorsque ceux-ci sont reliés à un circuit fermé, le courant secondaire produit un flux magnétique ayant pour axe l'axe de commutation secondaire et qui crée une force contre électromotrice entre les balais primaires- Ainsi une variation dans le courant secondaire modifie le flux secondaire et, partant, la force contre électromotrice primaire de telle sorte qu'il y a tendance à maintenir constant le courant secondaire; on comprend donc qu'un enroulement de champ dit "variateur", développant un champ suivant l'axe de commutation primaire peut influencer la valeur
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du courant primaire.
Le courant secondaire peut également être modifié par l'action d'un deuxième enroulement produisant un flux suivant l'axe de commutation secondaire et appelé "enroulement variateur secondaire". L'effet de cet enroulement en créant un champ magnétique, par exemple dans le sens de celui du champ pro-. duit par le courant d'induit secondaire, est d'amener le courant secondaire à baisser de sorte que la flux composant secondaire demeure constant- Comme dit plus haut, la métadyne possède aussi la propriété d'une réponse rapide du courant secondaire, celui-ci étant très sensible à la modification du voltage primaire appliqué ou du courant parcourant l'enroulement variateur secondaire;
il s'en suit qu'une variation également très rapide de la force électromotrice d'une dynamo peut être obtenue par l'emploi d'une métadyne comme excitatrice* De plus, la métadyne possède la propriété de récupération, de sorte que lorsque le courant de champ de la dynamo est réduit rapidement, au lieu de prévoir des moyens tels que l'emploi de résistances, pour absorber la chute de voltage dans l'enroulement de champ, celle-cluse résorbe d'elle même en envoyant un courant à travers le circuit secondaire de la métadyne et dans des cas extrêmes, produit un effet de récupération dans le circuit primaire.
Il est à remarquer qu'il peut être fait usage d'une métadyne génératrice ou transformatrice, cette machine pouvant être appelée à fonctionner la plupart du temps en génératrice et en transformatrice-
Dans la description qui suit, il est supposé, à des fins de simplification, que l'axe de commutation primaire et l'axe des balais primaires coïncident, ainsi que l'axe de commutation secondaire et l'axe des balais secondaires, quoique, naturellement ce ne soit point le cas en pratique courante*
Faisant référence aux dessins-diagrammes accompagnant le texte, onhvoit : - fig.l, une manière simple d'alimenter l'enroulement d'excitation d'une dynamo par l'emploi d'une métadyne transformatrice, - fig.2, un développement de l'arrangement précédent et, - fig.3 - 4 et 5, des modifications variées à celui-ci.
Se reportant fig.1, on voit en D l'Induit de la dynamo génératrice ou, dans le cas d'un alternateur un enroulement tripolaire par exemple, F étant ltenroulement de champ de la machine D, pendant que M représente la
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métadyne ayant ses balais primaires a et 0 reliés à la source de courant à tonsion constante et ses balais secondaires b et d connectés à 1' enroulement F qu' ils alimentent- La métadyne est munie d'un enroulement variateur secondaire VI, alimenté par une source convenable, par exemple, par celle alimentant les balais primaires de la métadyne' Un rhéostat R règle le courant dans VI et par vêla de conséquence le courant secondaire de la métadyne, d'où le voltage aux bornes de la machine D' La variation de ce voltage, en agissant sur la résistance R,
déviant extrêmement rapide par l'emploi intermédiaire de la métadyne-
Dans les autres figures, la machine dynamo joue le rôle de moteur, l'excitatrice étant une métadyne transformatrice*
Les balais primaires a et c de la métadyne transformatrice sont, dans chaque cas, reliés aux circuit d'alimentation du moteur;
en conséquence, les fluctuations du voltage de ce circuit affectent le courant secondaire de la métadyne, En raison de la réponse rapide qui caractérise la métadyne, de telles fluctuations du voltage d'alimentation sont d'un effet immédiat sur l'excitation du moteur et préviennent des variations excessives dans la vitesse du moteur*
Dans la disposition fige 2, la métadyne est entraînée par un moteur G avec lequel elle est mécaniquement accouplée, le moteur étant alimenta par une source convenable, telle qu'une batterie d'accumulateurs B. La métadyne dans ce cas, porte un enroulement variateur secondaire additionnel V2 qui est en série avec l'induit du moteur D.
L'effet de cet enroulement V2 est d'exercer une action stabilisante sur la métadyne' Le circuit de règlage de l'enroulement VI n'est pas figuré, pour des raisons de clarté, sur cette figure et les suivantes. L'enroulement F, dans ce cas, est disposé pour produire un flux agissant dans le sens du flux principal de la dynamo D et dont l'importance est directement proportionnelle au voltage appliqué et à la vitesse*
Dans la fig.3, le moteur est pourvu de deux enroulements de champ FI et F2, 1'enroulement FI étant connecté aux balais.!. et b de la méta- dit-ne pendant que 1'enroulement F2 est relié aux balais c et d, cette disposition étant dénommée connexion en huit- Le fonctionnement de cet arrangement est similaire à celui de la Fig.2.
La Fig'4 montre une disposition dans laquelle la métadyne est accouplée mécaniquement au moteur D. Dans ce cas, la valeur du courant secondaire fourni par la métadyne sera inversement proportionnelle à la vites
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du moteur et directement proportionnelle au voltage appliquéi l'enroulement de champ F renforce encore le flux principal du moteur*
La métadyne est représentée avec son balai primaire a connecté entre le démarreur S et la moteur, de cette façon le voltage n'est appliqué à la métadyne que progressivement, au fur et à mesure que sa vitesse augmente.
La Fig.5 montre un arrangement similaire à celui de la Figez saut en ce que la métadyne est munie de deux enroulements d'induit, chacun ayant son collecteur* Les balais a et c sont reliés à un des enroulements et les balais 1 et d à l'autre enroulement* Dans ce cas, las balais c et d peuvent, comma Indiqua, être reliés ensemble et l'enroulement F être connecté aux balais .! et b.
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P7RFECTINNFiTS IN DF MODE. HERE AL'IONDF MACHII # S DYNAMOS.
This invention relates to an excitation mode applicable to the control of direct current motors and generators and to that of alternators and synchronous motors. The usual mode of variation of the excitation is to introduce resistors into the circuit. machine field circuit or remove from it;
due to the inductance of the winding, the voltage of the dynamo spreads late to the control action *
The main object of this invention is to use means for adjusting the excitation current such that the voltage of the machine responds quickly to the control action exerted,
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The invention provides for the use of a dynamo in combination with a metadyne, the secondary of which feeds the excitation of one or more field windings of the djnamo,
the metadyne being provided with a secondary variator winding and means being provided to vary the current through this variator winding in order to adjust the excitation current supplying the dynamo machine *
A metadyne is essentially a rotating machine comprising an armature having a collector and a stator within which the armature rotates at substantially constant speed - In its simplest form the collector carries a set of primary brushes and a set of secondary brushes arranged between the primary brushes - As a result of the reciprocal action of the flows created in the armature by the currents circulating between the primary and secondary brushes, the metadyne has the property,
when its armature is driven at constant speed and it is supplied to its primary brushes by a constant voltage source, to deliver a constant current in the user circuit connected to the secondary brushes; the metadyne can have more than one collector and more than one armature winding.
The value of the secondary current can be varied, by means of a field winding producing a flux along the axis of the secondary brushes as described below *
The machine has the property, in this case, of having an extremely fast adaptation of the secondary current to the regulation - of the current through this inverter winding -
The theory of how metadyne works is briefly as follows:
the current flowing through the primary brushes produces a magnetic flux having its axis along the primary switching axis, which flux creates an electromotive force across the secondary brushes - When these are connected in a closed circuit, the current secondary produces a magnetic flux having for axis the secondary switching axis and which creates a counter electromotive force between the primary brushes- Thus a variation in the secondary current modifies the secondary flux and hence the primary back electromotive force so that 'there is a tendency to keep the secondary current constant; it is therefore understood that a so-called "variator" field winding, developing a field along the primary switching axis can influence the value
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of the primary current.
The secondary current can also be modified by the action of a second winding producing a flux along the secondary switching axis and called "secondary drive winding". The effect of this winding by creating a magnetic field, for example in the direction of that of the pro- field. induced by the secondary armature current, is to cause the secondary current to drop so that the secondary component flux remains constant- As said above, the metadyne also has the property of a rapid response of the secondary current, that- ci being very sensitive to the modification of the primary voltage applied or of the current flowing through the secondary drive winding;
it follows that an equally very rapid variation of the electromotive force of a dynamo can be obtained by the use of a metadyne as an exciter * In addition, the metadyne possesses the property of recovery, so that when the field current of the dynamo is reduced quickly, instead of providing means such as the use of resistors, to absorb the voltage drop in the field winding, this one resorbs of itself by sending a current to through the secondary circuit of the metadyne and in extreme cases, produces a recovery effect in the primary circuit.
It should be noted that a generator or transformer metadyne can be used, this machine being able to be called upon to operate most of the time as a generator and a transformer.
In the following description, it is assumed, for the sake of simplicity, that the primary switching axis and the primary brush axis coincide, as well as the secondary switching axis and the secondary brush axis, although, naturally this is not the case in current practice *
Referring to the drawings-diagrams accompanying the text, we see: - fig.l, a simple way of supplying the excitation winding of a dynamo by the use of a transforming metadyne, - fig. 2, a development of the previous arrangement and - fig. 3 - 4 and 5, various modifications to it.
Referring to fig. 1, we see at D the armature of the generator dynamo or, in the case of an alternator, a three-pole winding for example, F being the field winding of the machine D, while M represents the
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metadyne having its primary brushes a and 0 connected to the constant toning current source and its secondary brushes b and d connected to the winding F which they feed. The metadyne is provided with a secondary variator winding VI, supplied by a suitable source, for example, by that feeding the primary brushes of the metadyne 'A rheostat R regulates the current in VI and consequently the secondary current of the metadyne, hence the voltage at the terminals of the machine D' The variation of this voltage, by acting on the resistance R,
extremely fast deviating through the use of metadyne-
In the other figures, the dynamo machine acts as a motor, the exciter being a transforming metadyne *
The primary brushes a and c of the transformer metadyne are, in each case, connected to the motor supply circuits;
accordingly, fluctuations in the voltage of this circuit affect the secondary current of the metadyne, Due to the rapid response which characterizes the metadyne, such fluctuations in the supply voltage have an immediate effect on the excitation of the motor and prevent excessive variations in engine speed *
In the arrangement freezes 2, the metadyne is driven by a motor G with which it is mechanically coupled, the motor being supplied by a suitable source, such as an accumulator battery B. The metadyne in this case carries a variable-speed winding. additional secondary V2 which is in series with the motor armature D.
The effect of this winding V2 is to exert a stabilizing action on the metadyne. The regulating circuit of the winding VI is not shown, for reasons of clarity, in this figure and the following ones. The winding F, in this case, is arranged to produce a flux acting in the direction of the main flux of the dynamo D and whose magnitude is directly proportional to the applied voltage and the speed *
In fig.3, the motor is provided with two field windings FI and F2, the winding FI being connected to the brushes.!. and b of the meta-ne while the winding F2 is connected to the brushes c and d, this arrangement being called a figure-eight connection. The operation of this arrangement is similar to that of FIG.
Fig'4 shows an arrangement in which the metadyne is mechanically coupled to the motor D. In this case, the value of the secondary current supplied by the metadyne will be inversely proportional to the speed
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of the motor and directly proportional to the applied voltage if the field winding F further strengthens the main motor flux *
The metadyne is shown with its primary brush a connected between the starter S and the motor, in this way voltage is only applied to the metadyne gradually, as its speed increases.
Fig. 5 shows an arrangement similar to that of Figez jump in that the metadyne is provided with two armature windings, each having its collector * The brushes a and c are connected to one of the windings and the brushes 1 and d to the other winding * In this case, brushes c and d can, as indicated, be connected together and winding F can be connected to the brushes.! and B.