La tendance moderne de l'Industrie électrique est l'uniformisation et la simplification progressif du service.
Aujourd'hui on est déjà loin de l'époque,-signalée d'une façon si humoristique par M. le Professent Kennely, lors d'une des remarquables conférences qu'il a faites dernièrement à l'Institut Polytechnique é
Grenoble, où lorsqu'il était nécessaire de couper un réseau à haute tension (6 « 8000 volts à l'époque], il fallait deux hommes : l'un qui tirait sur le couteau de l'interrupteur à cornes, et l'autre qui frappait avec, un bâton sur l'arc afin de l'étouffer.
Grâce aux perfectionnements successifs apportés par les Constructeurs électriciens aux apparais automatiques, on esl arrivé : à régler sans la présence d'aucun personnel, la tension des génératrices fonc- tionnant seules ou en parallèles, à les protéger efficacement contre les actions néfastes des courts-circuih, à régler la charge et la décharge des batteries d'accumulateurs, la puissance de groupes tampons à
volant, celle des fours électriquest, enfin à la synchronisation automatique de machines synchrones et à centrales fonctionnant en parallèle.
En dehors de l'interrupteur à huile, les appareils qui ont le plus servi à la réalisation pratique de ces différents problèmes sont les régulateurs automatiques et en particulier le régulateur automatique à action rapide. Le but du présent article est de fournir, avec croquis et schémas à l'appui des explications sur le régulateur automatique à action rapide Brown-Boveri (figure 1) et de signaler aux lecteurs de la Houille Blanche les différentes applications qui peuvent en être faites en variant la façon de brancher les enroulements et les résistances.
L E SYSTÈME
P a r le dessin s c h é m a t i q u e figure 2 ) , q u i est u n e- reproduction e n perspective d e s parties essentielles constituant ce régulateur, o n p e u t facilement se rendre e x a c t e m e n t c o m p t e d u m o d e d'action d e l'appareil.
Fig. 1. — Régulateur automatique à action rapide type B r o w n Boveri (grand modèle).
L e s y s t è m e d e ce régulateur repose sur le principe sui- v a n t : insérer a u t o m a t i q u e m e n t des résistances d e réglage d a n s le circuit d o n t le courant doit être réglé, e n utilisant, à cet effet, u n équipage m o b i l e q u e l'appareil doit c o m - porter.
C e t équipage m o b i l e est construit selon le principe cle Ferraris. P a r u n a r r a n g e m e n t approprié des enroulements a et b, e n liaison avec les résistances u et w, u n c h a m p t o u r n a n t se trouve créé ; d a n s l'entrefer d e ce c h a m p se trouve placé u n induit e n a l u m i n i u m c, affectant la f o r m e d'un t a m b o u r , a v e c u n jeu libre d e 6 0 degrés. L e couple e n g e n d r é p a r la réaction des courants induits d a n s cet induit et d u c h a m p m a g n é t i q u e d u stator est transmis à l'arbre d e l'équipage mobile. L e s d e u x b o u t s d e cet arbre
se t e r m i n e n t c h a c u n p a r u n e pointe t r e m p é e faisant office d e pivot d a n s u n e pierre sertie. S u r la partie antérieure d e cet arbre, se t r o u v e fixé, p a r son extrémité intérieure, le ressort / e n f o r m e d e spirale. L'extrémité extérieure d u ressort est retenue a u barillet. L e ressort auxiliaire (n) a p o u r b u t d e suppléer l'action d u ressort principal, afin
6 II 1 3 1 2 1 7 1 4
Fig. 2. — Ensemble du mécanisme.
q u e ce dernier exerce toujours u n couple constant, quelle q u e soit la position d e l'induit. A u n e tension déterminée, le couple électro-magnétique est contrebalancé p a r le res- sort /. C e n'est q u e lorsque -la valeur électrique à régler (tension, courant, puissance) varie, q u ' u n m o u v e m e n t d e rotation d e l'induit intervient, p r o v o q u a n t u n dépla- c e m e n t correspondant des secteurs d e contact s qui sont m o n t é s sur l'arbre et qui m e t t e n t alors les résistances en o u hors circuit. L e s tiges d e ces secteurs sont constituées c h a c u n e p a r u n e pointe reposant sur u n c h a t o n e n pierre fine a d a p t é à u n ressort. L'arc d e d é p l a c e m e n t de ces.
pointes est m i n i m e . R o u l a n t sur leur périphérie, les sec- teurs d e contact a v a n c e n t et reculent e n passant par une série d e plots à surface c o n c a v e disposés e n cercle (figure 3).
D e s diverses applications d u Régulateur automatique à action rapide Brown-Boveri
et des Méthodes de Branchement correspondantes.
Par V . S Y L V E S T R E , Ingénieur A. M. et I. E. G.
Article published by SHF and available athttp://www.shf-lhb.orgorhttp://dx.doi.org/10.1051/lhb/1922004
LA H O U I L L E B L A N C H E T7 Par le fait q u e les a x é s d e s secteurs et d e leurs rangées
respectives d é contacts sont d i a m é t r a l e m e n t opposés, il ne se produit p a s d e pression sur l'arbre. D e cette façon, les m o u v e m e n t s s'accomplissent, p o u r ainsi dire, sans frottement, tout e n assurant u n contact suffisant. L e s contacts k sont reliés à des spirales g e n fil d e rhéotan.
Fig. 3 — Bornes du rhéostat disposé en arc avec secteur roulant formant contact.
Afin d'éviter les m o u v e m e n t s pendulaires, o n a p r é v u un dispositif amortisseur, qui se c o m p o s e d'un disque en aluminium, t o u r n a n t entre les pôles d e d e u x a i m a n t s d'acier m (figure 2), et se t r o u v a n t e n liaison m é c a n i q u e avec le s e g m e n t p , p a r l'intermédiaire d'une transmission à engrenages. C e s e g m e n t , reposant librement sur l'axe de l'induit c, est élastiquement accouplé a v e c cet arbre, à l'aide d u ressort q.
a) Comme régulateur de tension (figure 4 ) . A v e c la résistance e n rhéotan W , o n f o r m e u n e p h a s e auxiliaire b qui, conjointement a v e c la p h a s e principale a, produit u n c h a m p t o u r n a n t d o n t l'intensité d é p e n d d e la tension régnant a u x bornes.
b) Comme régulateur de courant (figure 5).
U n e partie d e la résistance W est intercalée d a n s la ran- gée d e contacts u' (voir figure 2). S u i v a n t la position d u contact x, l'appareil p e u t régler à différentes valeurs d e courant.
c) Comme régulateur de puissance (figure 6 ) . D a n s ce cas, la construction d e l'appareil, qui p e u t être e m p l o y é aussi bien p o u r c o u r a n t triphasé q u e p o u r cou- rant m o n o p h a s é , est analogue à celle d'un w a t t m è t r e m o n o p h a s é . L e s tissus e n rhéotan u et W p e u v e n t assurer u n décalage c o n v e n a b l e entre les courants d e l'enroule- ment-tension b et c e u x d e l'enroulement-courant a. D e s prises d e courant d o n t le transformateur d e courant est m u n i , p e r m e t t e n t d e faire varier, d a n s des limites éten- d u e s , la puissance à régler.
E n outre, c o m m e il est aussi possible d e b r a n c h e r dif- f é r e m m e n t les résistances d e réglage, il y a plusieurs m a - nières d e réaliser le réglage, savoir :
1° L e s résistances d e réglage p e u v e n t être connectées en série avec u n e n r o u l e m e n t d'excitation et entraîner ainsi u n e variation d u courant d'excitation entre d e u x valeurs limites (figure 7). O n a surtout recours à ce m o d e
Fig. 4. — Mortage c o m m e régulateur de tension.
Fig. 5. — Montage c o m m e régulateur de courant.
Fig. 6. Montage c o m m e régulateur de puissance.
Cet a c c o u p l e m e n t élastique a p o u r b u t d'obtenir u n réglage rapide, car l'élasticité d u ressort q p e r m e t a u rotor, et, par suite, a u x ressorts d e contact, d e modifier passa- gèrement les positions respectives p a r rapport à celle d u dispositif amortisseur et d e d e v a n c e r celui-ci, e n sorte qu'un n o m b r e plus élevé d'éléments d e résistance sont i m m é d i a t e m e n t m i s e n o u hors circuit : cela n e saurait être le cas s'il existait u n e liaison rigide entre le dispositif amortisseur et l'induit.
Méthodes de B r a n c h e m e n t
Suivant le b u t a u q u e l o n vise p a r le réglage, les enrou- lements a et b p e u v e n t être connectés d e telle façon avec
«s résistances u et W q u e le c h a m p tournant, ainsi créé, se trouve sous l'influence d e la tension, sous celle d e l'in- tensité o u encore sous les d e u x à la fois. L'appareil peut
d°nc être construit e n tant q u e régulateur d e tension, d e courant o u d e puissance.
d e c o n n e x i o n p o u r faire varier la tension des génératrices synchrones.
2° L e s résistances d e réglage g p e u v e n t être reliées à u n e source auxiliaire d e courant. S u i v a n t la position d u point d e contact, u n e partie plus o u m o i n s g r a n d e d o cette tension est appliquée à l'enroulement d'excitation. L e c o u r a n t d'excitation varie ainsi entre zéro et u n e valeur m a x i m u m d o n n é e (figure 8). C e m o d e d e c o n n e x i o n trouve application lorsque le réglage d e la tension a lieu a u m o y e n d'un régulateur d'induction m u n i d u dispositif d e c o m - m a n d e a u t o m a t i q u e à huile sous pression.
3 ° L e s résistances d e réglage g p e u v e n t être reliées à u n e source auxiliaire d e c o u r a n t p a r l'intermédiaire d e d e u x b r a n c h e m e n t s parallèles, d o n t les points d e contact respectifs sont toujours d i a m é t r a l e m e n t opposés. E n conséquence, lorsqu'un e n r o u l e m e n t d'excitation est m i s e n c o m m u n i c a t i o n a v e c les contacts, il sera d o n c excité
n é g a t i v e m e n t , dans, l'une'-des' positions finales et positive- m e n t d a n s l'autre, tandis q u e d a n s la position m é d i a n e , il ne sera p a s excité d u tout. Il s'ensuit d o n c q u e la varia- tion d u c o u r a n t d'excitation se produira entre u n e valeur m a x i m u m positive et u n e valeur m a x i m u m négative (fi- gure 9). O n a d o p t e ce m o d e d e c o n n e x i o n q u a n d le réglage d e la puissance s'opère a u m o y e n d'une batterie-tampon a v e c d y n a m o survoltrice, auquel cas la tension d e cette d y n a m o est assurée directement o u indirectement p a r u n e excitatrice et varie d'une valeur m a x i m u m positive à u n e valeur m a x i m u m négative.
a v e c l'enroulement d'excitation d e l'excitatrice E , u e sorte q u e le réglage d e la tension s'accomplit entre deux valeurs limites (figure 7 ) . L'action c o m b i n é e d u transfor- m a t e u r d e courant -St et d e la résistance d e c o m p o u n d a g e u produit u n s u r c o m p o u n d a g e .
C o m m e il est possible, ainsi q u e n o u s v e n o n s d e l'ex- poser, d e c o m b i n e r d e façon appropriée à c h a q u e cas par- ticulier les connexions intérieures d e l'appareil, soit celles des enroulements, d'une part, et celles d e s résistances, d'autre part, le régulateur à action rapide rencontre un c h a m p d'applications très é t e n d u .
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Fig. 7. Fis. S. Fig. 9.
P a r l'emploi d u régulateur à action rapide et e n a y a n t recours a u c o m p o u n d a g e , o n p e u t obtenir u n e variation a u t o m a t i q u e d e la tension réglée. Si la tension doit s'éle- ver e n fonction d u courant total fourni p a r l'ensemble des génératrices d e la centrale o u e n fonction d e la charge d'une ligne d e départ, o n installe alors à l'endroit voulu d u tableau d e distribution u n transformateur d e courant d o n t l'enroulement secondaire est relié a u x bornes 1 2 et 13 d u régulateur (figure 2). U n e partie d e la résistance u est,dans ce cas,logée d a n s les contacts d e c o m p o u n d a g e u';
et suivant c o m m e le contact x est réglé, le courant secon-
j ftegt/fateurâ action rapiç/n de la fig. £
L e s connexions extérieures d a n s les centrales, etc.,,, diffèrent, é v i d e m m e n t , suivant le résultat q u ' o n se pro- p o s e d'atteindre e n installant u n régulateur à action ra- pide. C'est p o u r q u o i c h a q u e cas particulier nécessite une é t u d e détaillée d u s c h é m a d e s connexions, e n tenant c o m p t e
Fig. 10.
daire p r o v e n a n t d u transformateur d e courant passe à travers u n e g r a n d e o u u n e petite fraction d e cette résis- tance, influençant ainsi la tension réglée. C h a q u e régu- lateur, m u n i d e ce dispositif, p e r m e t d e réaliser u n s u r c o m p o u n d a g e allant jusqu'à 1 5 % .
L a figure 1 0 représente u n appareil construit p o u r ré- gler la tension suivant le s c h é m a d e connexion faisant l'objet d e la figure 4. L e s résistances g sont mises e n série
L e s connexions extérieures d a n s les centrales, etc.,
des caractéristiques à réaliser.
Fig. 11. — Représentation schématique du régulateur à rapide pour courant continu.
action
Description d u Régulateur pour courant continu L e s régulateurs destinés a u x réseaux à courant contint se distinguent d e c e u x p o u r c o u r a n t alternatif unique-
L A H O U I L L E B L A N C H E 19 ment par la construction d u s y s t è m e actif. L e t a m b o u r
en a l u m i n i u m est r e m p l a c é p a r u n e n r o u l e m e n t mobile h, pivotant d a n s u n c h a m p m a g n é t i q u e (voir figure 11).
L'inducteur possède d e u x e n r o u l e m e n t s , d o n t l'un est en fll fin, tandis q u e l'autre est g é n é r a l e m e n t e n fil plus oros. P o u r tenir c o m p t e d e l'augmentation d u couple d u ressort antagoniste / . a v e c la torsion,' la f o r m e des pôles inducteurs est choisie d e façon à faire croître le c h a m p magnétique d a n s la m ê m e m e s u r e q u e le couple d u ressort.
On obtient l'astatisme parfait à l'aide d'un petit contre- poids. Les différents couplages, p e r m e t t a n t d e faire dé- pendre le couple d'une tension, d'une intensité, d'une, puissance o u , enfin, d e plusieurs d e ces facteurs à la fois, s'obtiennent p a r les c o n n e x i o n s des e n r o u l e m e n t s induc- teurs et des résistances auxiliaires.
Les Applications d u Régulateur à action rapide (' >.
1° Réglage de la tension des génératrices synchrones.
L'application d u régulateur à action rapide la plus fré- quente a lieu p o u r le réglage d e la tension d e s généra- trices synchrones. Si l'inducteur d e la génératrice est ali- menté par u n e excitatrice, il est é v i d e m m e n t plus a v a n - tageux cle régler le' c o u r a n t d u circuit inducteur d e l'ex- citatrice q u e celui d e la génératrice ; ce courant inducteur étant b e a u c o u p plus faible, il est possible d e diminuer les dimensions d u rhéostat et d e réduire les pertes d'éner- gie par effet Joule à des proportions insignifiantes. L'ex- citation d e la génératrice est alors réglée n o n plus p a r u n rhéostat à m a i n , m a i s p a r la tension variable a u x bornes de l'excitatrice.
Fig. 12, — • S c h é m a du système actif d'un régulateur de tension
Le système actif m a n œ u v r a n t le rhéostat d e réglage dans le circuit inducteur d e l'excitatrice, c h a q u e écart de la tension p r o v o q u e u n d é p l a c e m e n t des secteurs mobiles qui, en insérant o u e n retranchant des résistances d u cir- cuit inducteur d e l'excitatrice, rétablissent la tension a u x bornes d e la génératrice.
Les enroulements d e l'inducteur sont connectés d'une feçon semblable à celle e m p l o y é e p o u r les m o t e u r s m o n o - phasés, et représentée p a r le s c h é m a d e la figure. 12. P a r l'insertion d e la résistance auxiliaire R , o n obtient facile- ment u n décalage d e p h a s e d u courant des pôles (a) par apport à celui des pôles (b) et, p a r conséquent, u n c h a m p tournant et u n couple d o n t la valeur d é p e n d directement de la tension. U est u n e simple résistance auxiliaire.
f1) Voir aussi Revue B. B. C„ septmnl»r« 1017.
Compoundage.
Q u a n d l'énergie est transmise à g r a n d e distance, la chute d e tension est g é n é r a l e m e n t si i m p o r t a n t e q u e la tension à la station génératrice doit être a u g m e n t é e gra- d u e l l e m e n t a v e c l'intensité croissante d e la ligne. Cela p e u t se faire a u t o m a t i q u e m e n t à l'aide d'un transforma-?
teur d e courant débitant sur les bornes 1 2 et 1 3 d u sys- t è m e inducteur c o m m e l'indiquent les lignes pointillées d e la figure 12. L'action est telle q u e la partie d e la résis- tance U ' (entre les bornes 1 2 et 13) traversée p a r le c o u - rant secondaire des d e u x transformateurs, cause u n e c h u t e d e tension a u g m e n t a n t a v e c l'intensité d e la ligne et affaiblissant le c h a m p t o u r n a n t d u s y s t è m e inducteur.
P a r conséquent, l'équilibre entre le couple actif et le c o u - ple antagoniste n e pourra avoir lieu qu'avec u n e éléva- tion correspondante d e la tension. L e curseur (x) sert à fixer la proportion de. l'effet d e c o m p o u n d a g e .
T 5 ' R
Fig. 13. — C o m p o u n d a g e mixte.
L e c o m p o u n d a g e est d û à l'effet d e la superposition d e d e u x courants, d o n t l'un provient d ' u n transformateur d e tension b r a n c h é sur les phases R et S, et l'autre d'un transformateur d e courant placé, p a r e x e m p l e , d a n s le c o n d u c t e u r S. D a n s ce cas, les d e u x courants sont décalés entre e u x d e 5 0 ° environ, si. le cos ? d u réseau est égal à 1. L e décalage sera nul p o u r u n cos ? = 0,65. Cette rela- tion c h a n g e c o m p l è t e m e n t si le transformateur d e c o u - rant est inséré d a n s u n e autre phase. C o m m e l'effet c o m - m u n d e d e u x courants superposés est proportionnel à leur résultante géométrique, o n voit q u e , p o u r u n couplage déterminé, la valeur d u c o m p o u n d a g e d é p e n d d e l'inten- sité d u courant, d e la position d u curseur x et "du cos <?.
d u réseau. D a n s u n s y s t è m e polyphasé, o n p o u r r a d o n c produire des effets d e c o m p o u n d a g e d e caractéristiques c o m p l è t e m e n t différentes, suivant la p h a s e q u e l'on choi- sira p o u r l'insertion d u transformateur d e courant.
U n e autre variation d e l'effet est o b t e n u e par la c o m b i - naison d e d e u x transformateurs d e courant placés d a n s des phases différentes (figure 13).
U n dispositif approprié d e c o m m u t a t e u r (ligure 11), p e r m e t d e brancher u n régulateur sur l'un o u l'autre cle plusieurs transformateurs d e courant. L o r s q u e l'on d é - sire pouvoir mettre le régulateur a u point p o u r d'autres valeurs, o u emploiera u n rhéostat d e m i s e a u point spé- cial, inséré d a n s le c o n d u c t e u r aboutissant à la b o r n e G.
Le régulateur d'une génératrice travaillant isolément.
L e s y s t è m e actif est b r a n c h é sur d e u x conducteurs d e la génératrice m ê m e , si la tension est inférieure à 2 5 0 volts.
Si la tension est plus élevée, cette c o n n e x i o n se fait p a r
l'intermédiaire d'un transformateur d e tension (figure 1 5 ) . L e transformateur d e courant p o u r le c o m p o u n d a g e et les c o n n e x i o n s correspondantes sont m a r q u é s e n poin- tillé. L e commutateur|bipoiaire (sans interruption) p e r m e t d e m e t t r e hors circuit le rhéostat d u régulateur.
R s T
Fig. 14. -— S c h é m a du couplage du commutateur de. compoundage avec les transformateurs de courant.
Le régulateur d'une génératrice à charge non équilibrée.
D a n s certains réseaux alimentant des m o t e u r s m o n o - phasés, les phases sont i n é g a l e m e n t chargées ; il e n résulte u n e différence entre leurs tensions. O n se sert, alors, d'une disposition d e régulateur se distinguant d e celle d u cas précédent, e n ce q u e le s y s t è m e actif est connecté a u x trois conducteurs d e la génératrice ; c'est d o n c la valeur m o y e n n e des trois tensions q u i est m a i n tenue constante
figure. 16). R s T
R I
Fig. 15. — Régulateur de tension d'une génératrice triphasée marchant isolément.
Le régulateur servaht alternativement à plusieurs groupes L o r s q u e la m a r c h e e n parallèle n'a lieu q u e p e n d a n t d e courts intervalles, o u lorsque l'importance des petits g r o u p e s d e réserve, p a r e x e m p l e , n e justifie pas l'achat d'un appareil p a r groupe, o n pourra choisir, p o u r le régu- lateur, u n e disposition p e r m u t a b l e (figure 17). L e système actif est alors connecté a u x barres collectrices, tandis q u e le rhéostat d e réglage est relié à plusieurs c o m m u - tateurs d o n t c h a c u n correspond à la d y n a m o excitatrice d'un groupe. C o m m e le régulateur n e peut influencer q u ' u n e seule excitatrice à la fois, o n évite les erreurs d e m a n œ u v r e e n e m p l o y a n t le dispositif d e c o m m u t a t e u r s a v e c u n e poignée c o m m u n e amovible. S'il y a d'autres g r o u p e s m a r c h a n t e n parallèle, le personnel d e surveil- lance devra, lors d'un c h a n g e m e n t i m p o r t a n t d e la charge m o y e n n e , s i m p l e m e n t remettre a u point leur excitation, à l'aide des rhéostats à m a i n . Il est évident qu'une pareille restriction d u f o n c t i o n n e m e n t a u t o m a t i q u e n'est appli- cable q u e p o u r des installations a y a n t u n e d e m a n d e d'éner-
Fig. 16. — Régulateur de tension d'une génératrice triphasée;
phases inégalement chargées.
gie assez uniforme. D'autre part, la permutabilité di régulateur n'est possible q u e si lés courants d'excitatioi des différentes excitatrices sont d'intensité semblable.
Fig. 17. — Régulateur de tension servant alternativement à plu- sieurs génératrices triphasése.
Le régulateur pour l'excitatrice commune.
D a n s b e a u c o u p d'installations, les g r o u p e s n e sont pas m u n i s d'excitatrices adossées. L e s inducteurs des géné-
Fig. 18. — Régulateur de tension pour génératrices triphasées avec excitatrice c o m m u n e .
ratrices sont reliés à u n jeu d e barres alimenté par une d y n a m o c o m m u n e . U n d e u x i è m e g r o u p e d'excitation est g é n é r a l e m e n t t e n u e n réserve (figure 18).
{A suivre.)
