<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES DE REGULATION.-
La présente invention est relative à des systèmes de régulation d'une grandeur électrique d'un circuit à courant alternatif, et son objet est de créer un système de régulation amélioré qui ne comprenne aucune ou seule- ment quelques parties mobiles, et qui soit à la fois rapide et sensible dans son fonctionnement. Dans le brevet américain Alexanderson 1.337.875, du 20 Avril 1920, on a décrit une disposition selon laquelle un circuit de charge à courant alternatifest relié à différentes prises de courant d'un secondai- re de transformateur, par l'intermédiaire de bobines à noyau magnétique, qui sont disposée de manière que la valeur de leur réactance puisse être modifiée, @
<Desc/Clms Page number 2>
dans le but de régler la tension appliquée au circuit par le transformateur.
Conformément à la disposition décrite dans le brevet mentionné ci-dessus, plusieurs machines dynamo-électriquesont chacune leur enroulement d'armature relié à une source appropriée de courant disposée en série avec la bobine de saturation d'une self distincte, et leur force contre électro-motrice peut être modifiée au moyen d'un dispositif vibratoire prévu dans les circuits de champ des machines, et disposé pour être actionné conformément à une condi- -tion électrique d'un circuit de charge à courant alternatif.
Avec une telle disposition, une tension trop élevé-e du circuit de charge détermine la satu- ration du noyau de la réactance reliée à la prise de courant de faible tension, ce qui fait décroître la tension du circuit de charge, et une trop faible ten- sion du circuit de charge détermine une saturation plus intense du noyau de la bobiae reliée à la prise de courant de haute tension, ce qui fait croître l'a tension du circuit de charge, la présente invention est, par certains côtés, analogue à celle décrite dans le brevet mentionnéci-dessus, maiselle en diffère principale- ment en ce que la fonction de commander le courant des bobines de saturation est remplie par un dispositif à décharge électrique, en réponse au déplace- ment d'un dispositif vibratoire,.ou encore sans l'emploi d'aucune partie mé- canique mobile.
La présente invention sera mieux comprise en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels :
La Fig.1représente une disposition où un redresseur à mercure est associé à un dispositif vibratoire, pour commander le courant de la bobine de saturation.
La Fig.2 montre un détail du redresseur à mercure,
La Fig.3 représente une modification qui ne comprend pas l'emploi - de parties mécaniques mobiles.
Les Fig.4 et 5 montrent certaines relations électriques qui existent pendant le fonctionnement de l'appareil représenté sur la Fig.3.
La Fig.l représente un circuit de charge 1 disposé pour être ali- menté de courant par une ligne de transmission d'énergie polyphasée 2, par l' intermédiaire de moyens de transformation ou d'alimentation représentés, sur la figure, comme un transformateur 3 qui comprend un enroulement primaire 4, @
<Desc/Clms Page number 3>
un enroulement secondaire 5, et un enroulementtertiaire 6. Le circuit de cha- rge 1 est relié, d'un côté, à l'enroulement secondaire 5, et de l'autre côté, aux bornes 7 et 8 du transformateur, par l'intermédiaire de bobines de réac- tance 9 et 10, respectivement. Un noyau magnétique 11 et une bobine de satu- ration 12 sont associés à la bobine de self 9 ; noyau semblable 13 et une bobine 14 sont associés avec la bobine de réactance 10.
Les bobines de saturation 12 et 14 sont disposées pour être ali- mentées de courant par l'enroulement tertiaire 6, par l'intermédiaire d'un dispositif à décharge électrique représenté schématiquement sous la forme d'un redresseur à mercure 15 qui comprend une cathode 16, des anodes 17 et 18 et des grilles 19 et 20. Des moyens convenables, représentés comme une batte- rie @1 et un commutateur 22, sont prévus pour amorcer le fonctionnement du re- dresseur 15.
Un transformateur 23 et un dispositif vibratoire 24 sont prévus pour commander la tension des grilles 19 et 20, en réponse aux variations de la tension du circuit de charge 1, Le dispositif vibratoire 24 comprend un noyau 25 et une bobine de fonctionnement 26 disposée pour être reliée entre les bornes de la ligne 1, et commander le mouvement de l'élément vibratoire 27 qui peut venir appuyer contre les contacts 28 ou 29, sous différentes con- ditions de fonctionnement de la ligne 1. Ainsi que représenté sur la Fig.2, l'anode 18, peut être entourée par une grille 20. D'autres dispositions conve- nables des grilles, relativement aux anodes, se présenteront aisément à l'es- prit des experts.
Si l'on suppose que le fonctionnement du dispositif 15 a été amorcé par la batterie 21, un accroissement de tension du circuit de charge 1 détermine le déplacement de l'élément 27 de façon à l'amener à appuyer contre le contact 28, ce qui relie la grille 20 à la borne secondaire supérieure de l'enroulement de transformateur 23. Dans ces conditions, la grille 20 et la cathode 16 sont chargées négativement durant des périodes de temps qui sont les mêmes ou coïncident partiellement, et la transmission du courant par l'en- roulement tertiaire 6 à l'enroulement de saturation 12, est en grande partie, ou totalement, empêchés.
Pendant que l'élément 27 n'est pas relié au contact 29, la bobine de saturation 14 est alimentée de courant redressé, et la réac- tance de la bobine 10 reliée à la prise 8 du transformateur, est réduite, ce qui modifie le rapport effectif de transformation, de manière à réduire la - 0
<Desc/Clms Page number 4>
tension appliquée à la ligne 1. Quand la tension de la ligne 1 devient trop faible, l'élément 27 est déplacé de façon à venir engager le contact 29. la grille 19 et la cathode 16 sont alors chargées négativement pendant des pério- des de temps qui sont les mêmes, ou coïncident partiellement, et la transmis- sion du courant, dans la bobine de saturation 14, est empêchée ou grandement réduite, du courant est fourni à la bobine de saturation 12, et la tension aux bornes de la ligne 1 croît.
Un écart de tension du circuit de charge de sa va- leur normalmet donc en action une force tendant à ramener la tension à sa va- leur normale.On peut remarquer que la seule pièce mécanique mobile utilisée pour obtenir ce résultat est l'élément 27 du dispositif vibratoire 24, qui peut être choisi et proportionné, de façon à maintenir la tension du circuit de charge à sa valeur normale.
La Fig.3 représente une modification de l'invention, qui ne com- prend pas l'emploi de pièces mécaniques mobiles. Dans cette réalisation, les phases des tensions résultantes appliquées aux circuits de grilles 19-20, sont commandées par l'intermédiaire des transformateurs de courant 30 et 31, dont les enroulements primaires sont relié-sau circuit de charge à courant alter- natif 1, et les enroulements\,secondaires aux diverses phases de la ligne poly- phasée 2, par l'intermédiaire de la.résistance 32 et la réactance 33 reliées en parallèle, et de la résistance 34 e la réactance 35 également reliées en parallèle.
Un transformateur de grille 36 est relié à une phase de la ligne polyphasée 2 en série avec la résistance 32 et la réactance 33 reliées en pa- rallèle. Un transformateur de grille 37 est de même relié à une autre phase de la ligne pholyphasée, en série avec la résistance 34 et -la réactance 35 re- liées en parallèle.
Ainsi qu'expliqué dans ce qui suit, les liaisons sont telles que la tension inverse de la ligne polyphasée est appliquée au transformateur 36 et à la résistance 32 et la réactance 33. On doit également remarquer que les circuits secondaires des transformateurs 30 et 31 agissent en sens inverses l'un de l'autre. Avec ces liaisons, les intensités et les phases des tensions appliquées aux circuits de grille dépendent de 1* intensité du courant du cir- cuit de chargeai. Ceci sera aisément compris en examinant les Fig. 4 et 5 simultanément avec la Fig.3.
Sur la Fig.4, les tensions polyphasées de la ligne 2, à des ins-
<Desc/Clms Page number 5>
tants qui se succèdent, sont représentées par des courbes a ,b,c; et sur la Fig.5, ces tensions sont représentées par les vecteurs A, B, C. Sur les
Fig.4 et 5, on a tracé la courbe'b' et le vecteur B' correspondant respective- ment à la courbe b et au vecteur B décalés de 180 . On a représenta la courbe b' et le vecteur B' parce que, dans la disposition de la Fig.3, c'est la ten- sion inverse de celle de la phase B de la ligne polyphasée 2, qui est appli- quée au transformateur 36 et à la résistance 32 et la réactanoe 33 reliées en parallèle.
Il est clair que la tension appliquée au circuit de charge 1, par l'intermédiaire de l'enroulement secondaire 7 du transformateur 3, est prati- quement en phase avec celle appliquée aux circuits de fonctionnement du redres- seur 15, par l'intermédiaire de l'enroulementtertiaire 6 de ce transformateur la tension disponible pour faire passer le courant dans les bobines de satura- tion 12 et 14 peut, par suite, être représentée par les parties en traits ac- centués de la courbe.2 L'intensité réelle du courant traversant les bobines de saturation 12 et 14, dépend toutefois aussi de la tension appliquée aux circuits de commande du redresseur.
Ainsi, quand la grille 19 est à une ten- sion négative, la tension de l'enroulement tertiaire 6 est incapable de faire passer un courant dans la bobine de saturation 14, et quand la grille 20 a une tension négative, aucun courant ne passe dans la bobine de saturation 12.
Si l'on suppose qu'aucun courant ne passe dans le circuit de charge 1, la tension appliquée à la grille 19 par le transformateur 36 sera peu modifiée par sa liaison avec la résistance 32 et la réactance 33, et elle peut être représentée par la courbe b' de la Fig.4. la tension appliquée à la grille 20 peut de même être représentée par la courbe a , Si 1'on considé- re la première demi-onde positive c,on peut remarquer que l'onde b' devient positive avant la courbe @; par suite, la bobine de saturation 14 sera alimen- tée de courant pendant une période de temps beaucoup plus longue que.la bo- bine 12, et la ligne 1 fonctionnera sous une tension relativement basse.
Si l'on suppose qu'un courant I décalé en arrière sur la tension C d'un angle traverse le circuit de charge 1, il se produit, à travers la résistance 32 et la réactance 33, une chute de tension représentée par le vecteur CE., Simultanément, une chute de tension représentée par le vecteur OE' se produit dans la résistance 34 et la réactance 35. Les'tensions alors ap- pliquées aux grilles 19 et 20 peuvent être représentées par les vecteurs OG @
<Desc/Clms Page number 6>
et OF, respectivement. Puisque ces vecteurs ne diffèrent que légèrement en phase, le courant fourni à la bobine de saturation 14 ne commencera à passer qu'un peu}! avant l'instant où prendra naissance le courant traversant la bo- bine de saturation 12, et une tension plus élevée sera appliquée au circuit de charge.
Quand le courant du circuit de charge croît, les tensions de grille sont décalées dans des directions opposées, jusqu'à ce qu'elles soient en phase l'une avec l'autre. Lorsque ceci se produit, le courant est fourni aux bobines 12 et 14 au même instant, et c'est la tension correspondant au point médian entre les prises 7 et 8, qui est appliquée au circuit de charge 1.
Si le courant du circuit de charge croit davantage, la tension du circuit de chai . ge croît graduellement, jusqu'à ce que le noyau 11 soit complètement saturé, et que pratiquement, la totalité de la tension secondaire du transformateur 3 soit appliquée au circuit de charge, @@@@@@@@.la manière dont la disposition fonctionne pour diminuer la tension du circuit de charge, lorsque le courant qui le traverse diminue de valeur, peut être aisément comprise par ce qui pré- cède.
Les réalisations de l'invention représentées et décrites ci-dessus ont été choisies pour mettre en évidence les principes de cette invention, mais il est clair que celles-oi peuvent être modifiées de bien des façons, en vue de satisfaire aux conditions qui se présentent, sans sortir pour cela du domaine du présent brevet.
<Desc / Clms Page number 1>
IMPROVEMENTS TO REGULATION SYSTEMS.-
The present invention relates to systems for regulating an electrical quantity of an alternating current circuit, and its object is to create an improved regulation system which does not include any or only a few moving parts, and which is both fast and sensitive in its operation. In US Pat. No. 1,337,875, of April 20, 1920, an arrangement was described in which an AC load circuit was connected to different outlets of a transformer second, via coils to. magnetic core, which are so arranged that the value of their reactance can be changed, @
<Desc / Clms Page number 2>
in order to regulate the voltage applied to the circuit by the transformer.
In accordance with the arrangement described in the patent mentioned above, several dynamo-electric machines each have their armature winding connected to an appropriate current source arranged in series with the saturation coil of a separate inductor, and their force against electro The motor can be modified by means of a vibratory device provided in the field circuits of the machines, and arranged to be actuated in accordance with an electrical condition of an AC charging circuit.
With such an arrangement, too high a voltage of the load circuit determines the saturation of the core of the reactance connected to the low voltage current socket, which decreases the voltage of the load circuit, and too low voltage of the load circuit determines a more intense saturation of the core of the coil connected to the high voltage socket, which increases the voltage of the load circuit, the present invention is, in some ways, analogous from that described in the above-mentioned patent, but differs from it mainly in that the function of controlling the current of the saturation coils is performed by an electric discharge device, in response to the displacement of a vibratory device, . or even without the use of any movable mechanical part.
The present invention will be better understood by reference to the following description and the accompanying drawings, in which:
Fig.1 shows an arrangement where a mercury rectifier is associated with a vibratory device, to control the current of the saturation coil.
Fig. 2 shows a detail of the mercury rectifier,
Fig.3 shows a modification which does not include the use of - moving mechanical parts.
Figs. 4 and 5 show some electrical relationships that exist during operation of the apparatus shown in Fig. 3.
Fig. 1 shows a load circuit 1 arranged to be supplied with current by a polyphase power transmission line 2, by means of transformation or power supply means shown in the figure, such as a transformer. 3 which includes a primary winding 4, @
<Desc / Clms Page number 3>
a secondary winding 5, and a tertiary winding 6. The charging circuit 1 is connected, on one side, to the secondary winding 5, and on the other side, to the terminals 7 and 8 of the transformer, by the intermediate of reactance coils 9 and 10, respectively. A magnetic core 11 and a saturation coil 12 are associated with the choke coil 9; similar core 13 and a coil 14 are associated with the reactance coil 10.
The saturation coils 12 and 14 are arranged to be supplied with current from the tertiary winding 6, through an electric discharge device shown schematically in the form of a mercury rectifier 15 which includes a cathode. 16, anodes 17 and 18 and grids 19 and 20. Suitable means, shown as a battery @ 1 and a switch 22, are provided to initiate operation of the rectifier 15.
A transformer 23 and a vibratory device 24 are provided to control the voltage of the grids 19 and 20, in response to variations in the voltage of the load circuit 1. The vibratory device 24 comprises a core 25 and an operating coil 26 arranged to be connected between the terminals of line 1, and control the movement of the vibratory element 27 which can press against contacts 28 or 29, under different operating conditions of line 1. As shown in FIG. , the anode 18, may be surrounded by a grid 20. Other suitable arrangements of the grids, relative to the anodes, will readily be apparent to experts.
If it is assumed that the operation of the device 15 has been initiated by the battery 21, an increase in the voltage of the charging circuit 1 determines the displacement of the element 27 so as to cause it to press against the contact 28, this which connects grid 20 to the upper secondary terminal of transformer winding 23. Under these conditions, grid 20 and cathode 16 are negatively charged during periods of time which are the same or partially coincide, and current transmission by tertiary winding 6 to saturation winding 12, is largely, or totally, prevented.
While the element 27 is not connected to the contact 29, the saturation coil 14 is supplied with rectified current, and the reactance of the coil 10 connected to the tap 8 of the transformer, is reduced, which modifies the effective transformation ratio, so as to reduce the - 0
<Desc / Clms Page number 4>
voltage applied to line 1. When the voltage of line 1 becomes too low, element 27 is moved so as to engage contact 29. grid 19 and cathode 16 are then negatively charged for periods of times which are the same, or partially coincide, and the transmission of current, in the saturation coil 14, is prevented or greatly reduced, current is supplied to the saturation coil 12, and the voltage across the line 1 grows.
A deviation of the load circuit voltage from its normal value therefore puts into action a force tending to bring the voltage back to its normal value. It can be seen that the only moving mechanical part used to obtain this result is element 27 of the vibratory device 24, which can be chosen and proportioned, so as to maintain the voltage of the load circuit at its normal value.
Fig. 3 shows a modification of the invention, which does not include the use of moving mechanical parts. In this embodiment, the phases of the resulting voltages applied to the gate circuits 19-20 are controlled by means of the current transformers 30 and 31, the primary windings of which are connected to the AC load circuit 1, and the windings \, secondary to the various phases of the polyphase line 2, through the resistor 32 and the reactance 33 connected in parallel, and the resistance 34 and the reactance 35 also connected in parallel.
A gate transformer 36 is connected to one phase of polyphase line 2 in series with resistor 32 and reactance 33 connected in parallel. A gate transformer 37 is likewise connected to another phase of the pholyphase line, in series with resistor 34 and reactance 35 connected in parallel.
As explained in the following, the connections are such that the reverse voltage of the polyphase line is applied to the transformer 36 and to the resistor 32 and the reactance 33. It should also be noted that the secondary circuits of the transformers 30 and 31 act. in opposite directions from each other. With these links, the currents and phases of the voltages applied to the gate circuits depend on the intensity of the current in the load circuit. This will be readily understood by examining Figs. 4 and 5 simultaneously with Fig. 3.
In Fig. 4, the polyphase voltages of line 2, at ins-
<Desc / Clms Page number 5>
all that follow each other are represented by curves a, b, c; and in Fig. 5, these voltages are represented by the vectors A, B, C. On the
Figs. 4 and 5, we have plotted the curve 'b' and the vector B 'corresponding respectively to the curve b and to the vector B shifted by 180. We have shown the curve b 'and the vector B' because, in the arrangement of Fig. 3, it is the reverse voltage to that of phase B of polyphase line 2, which is applied to transformer 36 and to resistor 32 and reactanoe 33 connected in parallel.
It is clear that the voltage applied to the load circuit 1, via the secondary winding 7 of the transformer 3, is practically in phase with that applied to the operating circuits of the rectifier 15, via the intermediary of the tertiary winding 6 of this transformer the voltage available to pass the current through the saturation coils 12 and 14 can, therefore, be represented by the parts of the curve with dashes. 2 The actual current the current flowing through the saturation coils 12 and 14, however, also depends on the voltage applied to the rectifier control circuits.
Thus, when the gate 19 is at a negative voltage, the voltage of the tertiary winding 6 is unable to pass a current through the saturation coil 14, and when the gate 20 is at a negative voltage, no current will flow. in the saturation coil 12.
If it is assumed that no current is flowing in the load circuit 1, the voltage applied to the gate 19 by the transformer 36 will be little changed by its connection with the resistor 32 and the reactance 33, and it can be represented by the curve b 'in Fig. 4. the voltage applied to the gate 20 can likewise be represented by the curve a. If we consider the first positive half-wave c, it can be seen that the wave b 'becomes positive before the curve @; as a result, saturation coil 14 will be supplied with current for a much longer period of time than coil 12, and line 1 will operate at a relatively low voltage.
If it is assumed that a current I shifted back to the voltage C by an angle passes through the load circuit 1, there occurs, through the resistor 32 and the reactance 33, a voltage drop represented by the vector At the same time, a voltage drop represented by the vector OE 'occurs in resistor 34 and reactance 35. The voltages then applied to gates 19 and 20 can be represented by vectors OG @
<Desc / Clms Page number 6>
and OF, respectively. Since these vectors differ only slightly in phase, the current supplied to the saturation coil 14 will only begin to flow a little}! before the moment when the current through the saturation coil 12 will originate, and a higher voltage will be applied to the load circuit.
As the current of the load circuit increases, the gate voltages are shifted in opposite directions, until they are in phase with each other. When this happens, current is supplied to coils 12 and 14 at the same time, and it is the voltage corresponding to the midpoint between taps 7 and 8, which is applied to load circuit 1.
If the current of the charging circuit increases more, the voltage of the chai circuit. ge increases gradually, until the core 11 is completely saturated, and substantially all of the secondary voltage of the transformer 3 is applied to the load circuit, the way the arrangement works to decrease the voltage of the load circuit, when the current flowing through it decreases in value, can be easily understood from the above.
The embodiments of the invention shown and described above have been chosen to demonstrate the principles of this invention, but it is clear that these can be modified in many ways to meet the conditions which arise. , without going beyond the scope of this patent.