Condition nécessaire pour maintenir E^ constant

lorsque E^ ne yarie pas. — Si la force électromotrice £', ne varie pas (c'est le cas d'un convertisseur alimenté par un réseau de distribution à potentiel constant) et étant admis que la réactance Z a une valeur convenable, si on veut maintenir E2 constant, le diagramme de fonctionnement est très facile à établir. Du centre 0 {/ig. 234) ou dccril

FiG. 234.

un arc de cercle de rayon égal à E^, A vide, le courant actif sera Ao^o et 1^ vecteur E^ coïncide avec OAJ. La charge venant à augmenter, le vecteur £4 ira en augmentant progressivement avec la charge, parce que Tintensilé énergétique du courant devient successivement Ao^j, ^2^2^ ^*c- H y a une certaine valeur de la charge qui correspond à celle de Tîntensité pour laquelle il y a concordance de phase entre la tension et l'intensité et Textrémité du vecteur JEj vient alors sur la droite AoD ; la composante magnétisante est alors annulée. Pour toutes les autres valeurs de la charge, la composante magnétisante subsiste ; de grande valeur au début («0^.?), elle diminue à mesure que la charge augmente, devient nulle en kl, pour ensuite augmenter graduellement de nouveau, mais en sens opposé, à mesure que la charge devient plus grande.

Cela prouve que, si l'on ne fait pas varier l'excitation du convertisseur, il n'est pas possible de maintenir E.^ constant. En effet la valeur de Eo dépend de l'intensité du champ produit par les ampères-tours d'excitation et de ceux dus A la composante magnétisante (Voir § 107).

K ^ /jji v'2 ampères-tours.

Pour que £% se maintienne constant, il est nécessaire que l'intensité du champ ne soit pas modifiée, tandis que, dans le cas actuel, à faible charge, la composante magnétisante a pour action de renforcer l'intensité du champ (étant décalée en retard par rapport à E^) ; elle agit en sens contraire lorsque la charge correspondant à l'intensité du courant A^a^ est dépassée.

11 s'ensuit, par conséquent, que, pour atteindre le but cherché, il faut diminuer les ampères-tours d'excitation pour les faibles charges et les augmenter pour les fortes charges, de manière à compenser l'action de la composante magnétisante.

Si le convertisseur est excité simplement en dérivation, ce réglage ne peut pas être obtenu automatiquement, mais on peut le réaliser en utilisant l'excitation compound. Dans ces

conditions, à mesure que la charge augmente, Tinlensité du courant continu augmente également et ce dernier agit sur i'enroulement en série pour augmenter proportionnellement l'intensité du champ. Naturellement, on comprend que Tenroulement en dérivation doit être calculé pour donner la force électromotrice Eo à vide, en tenant compte de la valeur du flux due h la composante I^ dans ces conditions de fonctionnement.

Lorsque la tension ^1 est produite par un transformateur statique et c'est, du reste, le cas le plus général, transformateur disposé de manière à ce que Ton puisse utiliser un nombre plus ou moins grand de spires, la tension peut être réglée à une valeur telle que le courant magnétisant soit annulé pour une charge déterminée qui sera, par exemple, la charge normale {fig. 235) ; autrement dit, on peut faire varier cette tension suivant la charge de manière à rendre nulle la composante magnétisante, quelle que soit la valeur de la charge. Dans ce cas, la force électromotrice E^ n'est produite seulement que par les ampères-tours d'excitation.

L'intensité de la composante magnétisante et, par conséquent, le flux qu'elle produit, augmente à mesure que diminue l'angle v. La figure 236 montre le cas de deux valeurs différentes de y, en supposant que tout soit réglé pour que, sous la charge normale, l'intensité soit en concordance de phase avec la tension E^» Les segments I^l et /V donnent. les valeurs des composantes magnétisantes à demi-charge dans les deux cas. On voit immédiatement que la valeur de [^ tend à diminuer lorsque y devient plus grand, c'est-à-dire lorsque la constante de temps du circuit augmente.

Fio. 23.1

Ce fait est important à constater, parce que, si le fer de rinducteiir du convertisseur travaille à saturation, on ne peut guère augmenter Fintensité du champ avec un enroulement

Fio. 236.

compound et compenser l'effet de la composante I^l si celte dernière varie dans de grandes limites. Toutefois une machine ainsi établie peut encore être réglée, parce que Tanglc y est donné par le rapport

langy:

qu'il est possible de ramener à la valeur voulue en modifiant convenablement la réactance X du circuit. Mais il ne faut pas perdre de vue qu'en modifiant X on fait varier aussi Timpédance Z = \R^ + X^ du circuit et que Téchelle des intensités est par conséquent modifiée.

Par suite, ce cas est complexe ; il a été traité complètement par M. Blondel ^ On se bornera ici à déterminer la valeur de la réactance X pouvant annuler 9 h une charge donnée pour une valeur E^ de la tension du réseau d'alimentation.

1. Blonde), Régulation des convertisseurs rotatifs {Éclairage électrique^ t. IV, i901).

Il faut remarquer que, lorsque o = 0, les eomposanles de Z/ [fig, 237), c'est-à-dire R/etX/, viennent, l'une le long de Ko et l'autre dans une direction perpendiculaire. Dans ces conditions,

la charge étant établie, on connaît auasi la valeur de / (seul courant énergétique par rapporta £o dan s ce cas) et, pour R constant, le point P est déterminé. En élevant par le point P une perpendiculaire, le point Aj, où elle rencontre la circonférence décrite avec un rayon égal à li^^ donne le segment PA^^^X/, auquel correspond la valeur de la réactance Z.

Lorsque Ton dispose d'une bobine de réactance variable, il est possible de déterminer, à l'aide du diagramme qui vient d'être indiqué, les valeurs successives que l'on doit donner à la réactance pour annuler o lors des variations de charge. Ce réglage peut être effectué d'après les indications d'un phasemètre à lecture directe mis en dérivation aux bornes du convertisseur.

208. Fonctionnement d'un convertisseur sous tension constante lorsque E^peut varier. — Si, suivant la charge, on peut faire varier la tension du réseau d'alimentation K,, soit en modifiant le nombre de spires du secondaire du transformateur qui, presque toujours, est utilisé dans l'installation d'un convertisseur, soit en modifiant l'intensité du courant d'excitation de la génératrice lorsque cette dernière ne sert uniquement qu'à fournir le courant nécessaire au convertisseur, il est alors possible, pour n'importe quelle valeur de la charge, d'annuler le décalage de phase de l'intensité par rapport à la force électromotrice E.y du convertisseur, sans pour cela faire varier la réactance.

TRANSFORMATKURS TOURNANTS 461

Il suffit que rextrémité du vecteur E^ [fig, 238) vienne

rencontrer la droite AoAj, qui, dans ce cas, est fixe, tang ï = 77

étant constante. On voit que, dans ce cas, on a tout intérêt à réduire autant que possible la valeur de X, parce que, à égalité de chute de tension /?/, la tension ou la force électromotrice /i'^, nécessaire pour que le courant /s'établisse dans le circuit, est d'autant plus faible que la valeur de X est plus petite.

Fio. 238.

Il ne sera donc pas nécessaire d'introduire dans le circuit d'autre réactance que celle Z qui correspond à Tangle 7.

209. Fonctionnement d'un convertisseur sous tension E., augmentant avec la charge* — On a supposé jusqu'il présent que la tension B.» du convertisseur devait rester constante pour les diverses valeurs de la charge; cette hypothèse a permis d'établir des diagrammes très clairs et très simples par suite de la constance du vecteur E.^^^Ok.j^. Mais, dans la pratique, il est toujours nécessaire que la tension augmente légtV rement avec la valeur de la charge, et il ne peut en être autrement, parce que cet excédent de tension sert à compenser la chute de tension plus grande qui se produit dans la canalisation d'alimentation du courant continu, si l'on veut obtenir que la tension reste constante dans les centres de distribution.

Les mômes diagrammes peuvent encore être utilisés, à la condition que le point A2 reste fixe et que Ton déplace, au contraire, le point 0 dans la direction du vecteur. Ainsi, dans le cas où la réaclance ne change pas (y = constante) et où la tension du réseau d'alimentation reste constante, si, pour les différentes chaînes 1^, /«, /„, etc. [fig. 239), la tension aux bornes du convertisseur doit être A2O', A2O", AjO'", etc., les segments AJO', AJO", A'^O'", etc., de longueur constante, donnent respectivement la valeur du vecteur E^. Le diagramme

(F cr 0"

montre que la composante magnétisante tend à prendre une valeur exagérée, à tel point qu'il n'est peut-être pas possible d'arriver à compenser son action en agissant seulement sur l'excitation du convertisseur. Dans ce cas, on n'a d'autre procédé à employer que d'améliorer les conditions de fonctionnement en faisant varier progressivement la valeur de la réactance, afin que, pour chaque charge déterminée, on arrive à obtenir une inclinaison convenable de la droite A2D. Les considérations exposées précédemment à propos des divers modes de fonctionnement avec E^ constant sont également exactes lorsque E.j varie proportionnellement avec la charge; il faut seulement remarquer que, si l'on établit le

diagramme en procédant comme on Ta indiqué pour df^terminer les variations de la réactance X, afin d'annuler 9 pour une charge déterminée (§ 207), le lieu des points Ap en supposant E^ constant, n'est plus une circonférence, mais bien une courbe qui peut être tracée point par point.

210. Détermination de l'intensité du courant d'excitation d'un convertisseur. — Lorsque la caractéristique d'excitation d'un convertisseur (correspondant h la courbe de la force électroraotrice à vide) est connue en fonction du nombre d'ampères-tours d'excitation, il est possible de répartir convenablement ces ampères-tours dans le circuit en dérivation et dans le circuit en série, de manière k obtenir la régulation voulue de la tension. C'est une question qui intéresse les constructeurs ; l'ingénieur, au contraire, a tout intérêt à se rendre compte si un convertisseur donné, dont les éléments relatifs à l'excitation sont connus, se prête plus ou moins à obtenir le résultat voulu.

On va maintenant étudier cette question uniquement à ce dernier point de vue.

L'excitation d'un convertisseur, dans le cas le plus général, est due à trois forces magnétomotrices différentes qui sont :

rCelledue aux ampères-tours de l'enroulement en dérivation et qui est proportionnelle à la différence de potentiel existant entre les balais appuyant sur le collecteur de courant continu ;

2'' Celle due aux ampères-tours de l'enroulement en série et qui est proportionnelle à Tintensilé du courant continu qui circule dans le circuit d'utilisation ;

3" Celle due aux ampères-tours de l'induit, qui se réduit à l'intensité de la composante magnétisante du courant alternatif d'alimentation. Cette force magnétomotrice produit une augmentation de l'intensité du champ, lorsque l'intensité du courant / est décalée en retard par rapport à la force électromotrice i?2 prise en sens contraire; elle produit, au contraire, un affaiblissement du champ lorsque / est décalé en avance par rapport à E^.

On va analyser séparément ces trois forces magnétomotrices.

Si Ç est le rapport de transformation du convertisseur (t. I, § 115), la tension aux balais du côté du courant continu est

si /id représente le nombre de spires de l'enroulement en dérivation et /'d la résistance de Tune des spires, les ampères-tours d'excitation dus à l'enroulement en dérivation sont donnés par l'expression

fià-r-^ —'T'' (ai

ÇHdrd Çrd

Suivant la valeur que prendra l'intensité du courant dans le circuit h courant continu, il faut remarquer que cette valeur doit être telle qu'elle satisfasse h la loi de la conservation de Ténergie. Au point de vue magnétique, en négligeant la faible quantité de courant énergétique /« qu'absorbe le convertisseur fonctionnant à vide, le courant continu aura une intensité de valeur équivalente à la valeur moyenne Aq la composante énergétique du courant d'alimentation ; la réaction d'induit étant pratiquement nulle, on peut négliger les fuites magnétiques. Par conséquent, si N représente le nombre de spires de l'induit et le l'intensité du courant continu, on a l'égalité

/aV'2 étant la valeur maximum de l'intensité du courant. En tenant compte de l'intensité du courant énergétique à vide, on a

l^ --= -^ {la - lao)-

Cette expression donne la valeur de l'intensité du courant continu dans le cas d'un enroulement en anneau.

Pour l'enroulement en tambour, qui est presque exclusive-

ment employé actuellement, il suffit d'introduire dans celte expression un coefficient de réduction A-, afin de tenir compte du chevauchement des spires, et l'expression devient

expression dans laquelle A-, pour un convertisseur triphasé, a une valeur variant de 1 à 0,958, suivant que le nombre de trous ou rainures du noyau d'induit, par champ polaire, varie de 6 à 2i, lalimentation s'effectuant avec des courants triphasés*. Pour un nombre de trous plus grand, on peut prendre A = 0,955, parce qu'il est démontré que la valeur limite, pour un nombre infiniment grand de trous, est égale à 0,953.

En représentant par /i, le nombre de spires de l'enroulement en série, le nombre d'ampères-tours correspondant est

Hsk "7= {la — /aol- l^J

En ce qui concerne les ampères-tours de la composante magnétisante de l'induit, dont il a été déjà question au paragraphe 107, on a vu qu'ils pouvaient être déterminés à l'aide de l'expression

dans laquelle K est un coefficient variant dans des limites plutôt étondues et N le nombre de conducteurs par phase de l'alternateur. Cette expression est aussi applicable aux convertisseurs ; mais, dans ce dernier cas, il est plus pratique de représenter par N le nombre total de conducteurs actifs dans un champ double, c'est-à-dire dans un circuit magnétique, sauf à déterminer convenablement le coefficient K. On peut donc, pour les ampères-tours de l'induit, écrire

/{i. étant la valeur efficace de la composante magnétisante.

1. Blondcl, Pvopriélés générales des champs magnétiques tournants {Éclairage électrique^ août i895}.