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"::::" >..:., -.-1y,..,,É Procédé et dispositifs pour la stabilisatio"LJa\;t'lla- tions de transformateurs ".
La présente invention est relative à des perfectionnements dans les installations de transformateurs pour la transforma- tion d'un courant continu de voltage donné en un courant con- tinu d'un autre voltage, ou pour la transformation de ce même courant de voltage donné en un courant alternatif.
Un autre objet de l'invention est de fournir un procédé pour maintenir ou stabiliser dans de semblables installations le rapport entre les ampères-tours primaires et secondaires du transformateur ou des transformateurs, de manière que ces am - pères-tours présentent à tout instant un rapport fixe entre eux, c'est-à-dire de façon qu'ils soient approximativement égaux.
Au point de vue de l'énergie ceci signifie que l'énergie four- nie au oôté primaire de l'installation reste à tout moment, si l'on néglige les pertes ohmiques, égale à l'énergie délivrée à son oô té secondaire, ce qui implique que les inévitables per- tes dans le fer, de l'installation, doivent être compensées
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par une source séparée d'énergie. Un autre objet de l'inven- tion est relatff à une installation de transformateurs pour la mise en pratique de la méthode ci-dessus visée.
Conformément au procédé objet de l'invention,des varia- tions dans le rapport entre le oourant primaire et le oourant secondaire du transformateur sont utilisées pour influenoer direotement ou indirectement une source d'énergie détermi- nant le passage d'un flux magnétique dans 1 e transformateur, par exemple une génératrice excitatrice, un moteur d'actionne- ment ou autre, dans le but d'équilibrer ou de compenser lesdi- tes variations.
Une installation de transformateurs du type ci-dessus mentionné peut comporter soit un transformateur statique, soit un transformateur rotatif. Dans ce dernier cas le transforma- teur peut, ainsi que cela est indiqué plus complètement par exemple dans la desoription du brevet français n 694.859,du 2 mai 1930, être pourvu d'enroulements primaires et d'enrou- lements secondaires @ sur des noyaux en fer, par rapport aux- quelst entre lesquels les pôles d'un corps magnétique perma- nent ou électriquement exoité tournent de manière à produire un flux magnétique variable dans les noyaux en fer, néoessai- re pour le fonotionnement du transformateur-. Dans le premier cas les variations du flux magnétique dans le transformateur sont produites au moyen d'un système d'enroulement fixe.
Dans l'un et l'autre types de transformateurs il est souvent dési- rable d'assurer le rapport stable oi-dessus mentionné.
Dans le type rotatif, des moyens pour stabiliser méoani- quement le rapport entre les ampère-tours primaires et les am- père-tours secondaires existent dans leur système rotatif ef- feotif. Dans ce cas le retor entraîné par un moteur primaire d'un genre queloonque fournira de l'énergie aux bobinages du transformateur ou bien empruntera de l'élargie à ce dernier de façon à assurer dans une oertaine mesure, une stabilisation.
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Si la oapaoité stabilisatrice du rotor doit être utilisée,il est toutefois néoessaire d'augmenter les dimensions de l'instal- lation de façon correspondante,ce qui rend eette installation plus coûteuse, si le transformateur est du type fixe l'on n'a aucune semblable possibilité de stabilisation mécanique,et o'est le but de la présente invention de fournir des moyens électriques pour'la stabilisation.
Dans les installations de transformateurs du type auquel l'mnvention se rapporte, le oourant oontinu qui leur est four- ni est d'abord oonverti au moyen d'un dispositif commutateur en un courant alternatif, lequel est ensuite fourni aux en- roulements primaires d'un ou de plusieurs transformateurs à oourant alternatif. Au système de bobinage seoondaire du trans- formateur, du courant alternatif est emprunté et utilisé di- reotement, ou d'abord redressé au moyen d'un dispositif commu- tateur en courant continu avant d'être amené au lieu d'utili- sation.
Le flux rnagnétique alternatif nécessaire du transfor- mateur est engendré soit à l'aide du rotor magnétique ci-dessus mentionné, soit par un enroulement exoitateur fixe prévu sur le transformateur , enroulement à travers lequel passe un cou- rant variable de la même fréquence que oelle des oourants al- ternatifs qui s'écoulent à travers les enroulements primaire et secondaire du transformateur. Si l'installation doit délivrer du oourant continu, c'est-à-dire si le oourant alternatif obte- nu doit être redressé, deux ou plusieurs dispositifs du genre oi-dessus mentionné pourront être combinés pour l'obtention d'un courant ou d'un voltage oontinu du oôté secondaire.
De semblables dispositifs ont été décrits dans les brevets fran- çais n 694.859 du 2 mai 1930, et 708.511, du 22 décembre 1930 lesquels sont relatifs à des installations de transformateurs du type rotatif.
L'invention sera déorite ci-après en détail, référence étant faite aux schémas de construction d'installations de
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transformateurs représentés sur les dessins annexés,dans les- quel s :
La fig. 1 montre une forme de réalisation de l'invention appliquée à une installation de transformateurs du type fixe, pour la transformation d'un courant oontinu en un courant continu d'un autre voltage, l'une des moitiés de l'installa- tion ayant seule été représentée pour plus de clarté.
La figure 2 montre le même dispositif en oonjugaison aveo l'autre moitié de l'installation.
La figure 3 représente une forme de réalisation s'adap- tant également au cas où du courant continu est emprunté au oôté secondaire de l'installation et où le courant alternatif obtenu est direotement utilisé.
La figure 4 montre un dispositif simple pour rendre
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possible la modification du rapport de transformation de l'insà/- lation au cours du fonctionnement oontinu de cette dernière.
Dans tous les schémas oi-dessus mentionnés il n'a été re- présenté en détail que les parties de l'installation qui sont touchées par l'invention ou qui n'ont pas été antérieurement décrites, par exemple dans les descriptions des brevets fran- çais n 694.850 et 708.511 sus-rappelés, et dans le brevet français n 723.082 du 18 Août 1931, D'autre part, dans tou- tes les formes de réalisation représentées,l'invention est représentée et décrite dans son applioation à des installations de transformateurs du type fixe uniquement.
L'invention pourra toutefois, ooirme cela est aisé à oomprendre par ce qui préoède être également appliquée de façon tout à fait analogue aux installations du type rotatif ; il suffira pour cela de rem- plaoer dans les sohémas les enroulements primaires et seoondai- res des transformateurs fixes par les enroulements primaires et secondaires des moitiés de la machine déorite dans les bre- vets antérieurs ci-dessus mentionnés. La génératrioe exoitatri- oe représentée sur les dessins oorrespond en pareil oas à toute
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source convenable d'énergie influençant le flux magnétique qui passe à travers les enroulement)de service de la maohine,du moteur d'entraînement de l'installation par exemple, ou de tout autre machine analogue.
Dans la figure 1, 19 désigne le noyau magnétique d'un transformateur du type fixe à courant alternatif, pourvu d'un enroulement primaire 2 et d'un enroulement secondaire 3, chacun de oes deux bobinages étant connecté à un redresseur, 4 et 5 respectivement. Le redresseur consiste en des oommu- tateurs rotatifs pourvus chacun de deux segments 7,8 et 9, 10 respeotivement, lesquels segments coopèrent avec quatre balais de oontaot sur chacun des commutateurs, oes basais étant désignés par 11,12, 13,14 et 15, 16, 17,18 respecti- vement. Les balais sont également espaoés les uns des autres dans le sens périphérique.
L'enroulement primaire du transfor- mateur est connecté aux balais 11 et 12 du dispositif commu- tateur 4, tandis que l'enroulement seoondaire de ce transfor- mateur est connecté entre les balais 15 et 16 du commutateur 5. Du courant oontinu est fourni au commutateur 4, par une source de courant continu 20,21 connectée aux balais 13 et 14 ; et du oourant continu peut être emprunté au commutateur 5 par des bornes 22,23 connectées aux balais 17 et 18.
Le transformateur est d'autre part pourvu d'un enroule- ment tertiaire 6 servant d'enroulement excitateur pour le transformateur et qui pendant le fonctionnement,reçoit un voltage alternatif, par une génératrice excitatrice séparée 24. Le rotor de cette génératrice , au oaurs du fonctionnement tourne en synohronisme avec les parties rotatives des commu- tateurs ou collecteurs 4 et 5, ce qui peut par exemple être réalisé par une interconnexion mécanique entre lesdits éléments Grâce à ce dispositif, l'inversion des commutateurs se produi- ra, c'est-à-dire une des paires de balais franohira l'interval- le entre les segments au moment où le flux magnétique variable
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induit par le oourant exoitateur dans l'enroulement 6 prend ses valeurs extrêmes et est par suite pratiquement constant.
Afin d'assurer une commutation exempte d'étincelles l'installa- tion est, de la façon antérieurement décrite, par exemple dans le brevet français ci-dessus mentionné n 708.511, pour- vue des génératrioes commutatrices 25 et 26 à l'aide des- quelles des voltages commutateurs sont engendrés dans les enroulements à commuter. Alors que la génératrioe commutatrice 26 est représentée dans le schéma comme directement connectée au circuit de oourant alternatif du oôté secondaire ,il pour- ra souvent être avantageux, particulièrement dans le cas où le voltage seoondaire est très élevé, de prévoir ladite oon- nexion et peut être aussi la connexion de l'autre génératrioe- oommutatrioe, par l'intermédiaire d'un transformateur auxilai- re ainsi que cela a été indiqué dans le brevet ci-dessus rap- pelé.
La génératrice-excitatrice 24 peut être d'un type appro- prié queloonque, tel qu'une génératrice normale synchrone bi- phasée, présentant un diagramme de voltage consistant en des rectangles séparés par des intervalles zéro.
Il est clair que si, en raison des variations du flux excitateur, des contre-forces éleotromotrioes se trouvent induites dans l'enroulement primaire 2 qui laissent justement passer le oourant primaire à charge, les ampères-tours de l'en- roulement primaire resteront, quelles que soient les oondi- tions de charges, égaux ou approximativement égaux aux ampères- tours de l'enroulement seoondaire 3, en sorte que l'on obtient un voltage constant à direotion unique, aux bornes 22 et 23.
Si pour une raison queloonque, la dite force électromotrice indui- te dans l'enroulement primaire, 2 n'était pas suffisamnent élevé pour équilibrer le voltage primaire qui est fourni audit enroulement les ampères-tours de cet enroulement deviennent un peu plus élevés que les ampères-tours de l'enroulement secon-
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daire et l'exoès de oourant étant un oourant excitateur par- tiel et, par oonséquent, déphasé relativement au voltage primaire, porte oependant préjudioe à la oomnutation.
Il peut arriver que ce courant indésirable atteigne éven- tuellement une valeur telle qu'il peut endommager l'instal- lation,par exemple du fait que l'enroulement exoitateur 6 fournira de l'énergie pendant l'intervalle de commutation en arrière, à l'enroulement 27 de la génératrice-excitatrice 24.
En vue d'empêcher de semblables perturbations,le vol- tage engendré par la génératrice-excitatrice est,oonformé- ment à la présente invention, réglé par les courants,pri- maire et secondaire, ladite génératrice étant excitée non seulement par un enroulement excitateur 32 alimenté par une source séparée de oourant continu 30,31, mais encore par deux enroulements excitateurs additionnels 28 et 29 qui se oompensent mutuellement, l'enroulement 28 étant connecté au primaire et l'enroulement 29 au côté seoondaire de oou- rant oontinu du transformateur. Le rapport entre les nom- bres de tours dans oes deux enroulements, est égal au rap- port de transformation, o'est-à-dire est égal au rapport entre les tours des enroulements 2 et 3.
Si les ampères- tours du transformateur sent les mêmes du côté primaire et du côté secondaire, les actions exercées par les enroulements 28 et 29 se neutralisent l'une l'autre. Si le nombre des ampères-tours de l'enroulement primaire a une tendance à s'élever au-dessus ou à tomber au-dessous de celui de l'en- roulement secondaire,les enroulements 28 et 29, du fait de la variation dans les oouranth primaire et secondaire qui s'écoulent à travers lesdits bobinages, détermineront une variation dans le voltage délivré par la génératrice-excita- trioe,variation qui sera proportionnelle à la différence entre les ampères-tours des bobines 28 et 29 et qui augmen-
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tera ou diminuera le voltage induit dans l'enroulement pri-
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maire 2, de manière à éliminer le oourant exoitateur eroâ#-'' -rnaire.
Il est aisé de comprendre que l'effet stabilisateur ci- dessus mentionné pourra également être produit en faisant en sorte que les courants oontinus primaire et secondaire influencent la vitesse du moteur d'actionnement (nm repré- senté sur le dessin) de la génératrice-excitatrice,au lieu d'influencer directement ladite génératrice. Si dans ce cas également des enroulements à direction opposée sont employés avec un rapport de tours égal au rapport de transformation,le moteur d'entraînement%quand le courant primaire atteindra une valeur trop élevée, augmentera de vitesse,et quand ledit courant devient trop faible il diminuera de vitesse, si bien qu'une variation appropriée dans le voltage engendré par la génératrice-excitatrice sera obtenue.
Au lieu de faire influem-
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² oer la génératrioe-excitatricëyaux enroulements 28 et 29 il est également possible de leur faire influencer direotement l'excitation d'une génératrioe auxiliaire (non représentée) qui pourra par exemple être montée sur le même arbre que la génératrice excitatrice 24 et pourra fournir du courant à un enroulement excitateur de la génératrioe 24. Le courant passant à travers ledit enroulement auxiliaire aura ainsi ure valeur nulle quand les ampères-tours des courants primaire et secondaire du transformateur seront égaux.
La branche du réseau à oourant continu, du oôté du vol- tage élevé du transformateur, qui est connectée à l'enroule- ment 29, peut avantageusement être mise à la terre au voisi- nage dudit enroulement. Une mise à la terre oorrespondante peut bien entendu, si cela est convenable, être également prévue du oôté à bas voltage du transformateur.
Dana forme de réalisation de l'invention, oi-dessus décrite, le courant continu secondaire est produit au moyen
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d'un transformateur unique, tandis qu'ainsi que cela a été exposé ci-dessus deux ou plusieurs transformateurs sont en général combinés, chacun desdites transfo =atours pou- vant comporter une génératrice excitatrice individuelle ou bien une génératrice commune étant prévue à cet effet.
La figure 2 montre une installation dans laquelle le transformateur 19 est combiné avec un transformateur 33 disposé de façon analogue à oelle du transformateur 19.
Les parties de l'installation déjà décrites avec référence à la figure 1 et qui se trouvent dans la figure 2 sont dé- signées par les mêmes chiffres de référence. Le transforma- teur 33 dont le voltage se trouve décalé en phase de @0 éleotriquement par rapport au voltage du transformateur 19, est également pourvu d'enroulements primaire et secondaire 34 et 35 respectivement, et d'un enroulement tertiaire 36 alimenté par un @ enroulement en service 37 sur la généra- trioe-exoitatrioe 24.
Les oôtés à haut et à bas voltage du transformateur 35 sont connectés à des commutateurs 38 et 39 lesquels consistent en des segments 40,41, et 42,43 respeo- tivement et en des balais 44,45, 46, 47 et 48,49, 50, 51 @@ respectivement, coopérant avec oes segments,Les cotés pri- maire et secondaire à courant alternatif du transformateur sont également connectés aux génératrices-commutatrices 25 et 26 de la façon indiquée sur le dessin . Les connexions des génératrices-commutatrices sont d'autre part en stricte concordance avec le dispositif représenté en détail dans le brevet français antérieur n 708.511, ci-dessus rappelé.
Comme le montre le schéma, les deux moitiés de l'installation coopèrent de telle façon qu'un voltage continu constant est obtenu entre les bornes 22 et 23.
L'installation ci-dessus décrite peut bien entendu re- oevoir diverses modifications qui restent dans le cadre de l'invention . C'est ainsi par exemple qu'il sera possible de
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munir les deux moitiés de l'installation d'une génératrioe- oomnutatrioe commune unique d'un autre type, telle qu'une génératrice bi-phasée ou polyphasée usuelle. D'autre part les génératrioes-oommutatrioes et les génératrioes-exoitatri- oes peuvent de la façon oonnue être pourvues de dispositifs auxiliaires appropriés pour le réglage de leur voltage et le décalage en phase, et pour le réglage aussi de la lon- gueur des intervalles de voltage et de potentiel zéro respeo- tivement.
Il est également possible, dans la cas dû l'instal- lation est de faible oapaoité, de supprimer totalement
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les génératrioes-oommutatrioes.
Dans la figure 3 se trouve représentée une forme de réa- lisation de l'invention qui peut être utilisée soit dans le cas où du oourant oontinu est à emprunter à l'installation soit dans le cas où du courant alternatif est directement employé, si la commutatrice/de la figure 1 est supprimée.
Dans cet exemple de réalisation les courants alternatifs primaire et seoondaire sont utilisés pour assurer la stabi- lisation voulue, et ils sont amenés aux enroulements primai- re et secondaire 52 et 53 respectivement d'un transfo mateur auxiliaire 54. Les emroulements 52 et 53 sont connectés en série avec les bobinages primaire et seoondaire du transfor- mateur principal et ont le même rapport que lesdits enroule- ments . Gâoe à ce dispositif l'énergie de champ des enrou- lements du transformateur auxiliaire sera réduite à zéro quand les ampères-tours primaire et secondaire du transformateur principal (et aussi du transformateur auxiliaire) seront égaux.
Aussitôt que la différence entre lesdits ampère-tours se produit l'énergie de champ résultante dans le transfor- mateur auxiliaire cessera d'être nulle mais variera en syn- chronisme avec le oourant alternatif passant à travers les enroulement52 et 53. Dans un troisième enroulement 55, qui sera ci-après qualifié d'enroulement auxiliaire et qui est
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prévu sur le transformateur auxiliaire, il se trouvera induit un courant alternatif dont la valeur et la direction seront à tout instant une fonotion du courant déséquilibré à compenser.
Le dispositif est d'autre part pourvu d'un commutateur auxi- liaire 56 tournant en @ synohronisme aveo les commutateurs 4 et 5 et consistant en deux segments 57 et 58 coopérant aveo les balaie 59, 60,61, et 62 qui sont disposés à des dis- tances égales périphériquement autour du commutateur,de tel- le façon que les balais 59, 60 et 61, 62 respectivement se trouvent disposés en des points diamétralement opposés les uns aux autres. Les balais 59 et 60 sont directement oonneo- tés à l'enroulement 55, et les balais 61 et 62 sont oon- neotés à un dispositif de relais 63, par exemple du genre de ceux décrits dans le brevet français n 723.082 sus-rap- pelé.
Les chiffres de référence 64 et 65 désignent les bornes d'une source séparée de courant continu à partir de laquelle le relais 63 laisse passer du courant à travers un ou plu- sieurs des enroulements excitateurs 66 et 67 qui agissent en sens oontraire sur la génératrice-excitatrice 24 du trans- formateur principal, suivant le sens d'écoulement d'un cou- rant oontinu fourni au relais 63 par les balais 61 et 62. Il est aisé de ocmprendre que le oourant alternatif engendré dans l'enroulement 55 sera oonverti, par le commutateur 56, en courant continu, le sens d'écoulement de ce courant étant déterminé par les @ ampères-tours en excès des enroulements primaires et seoondaires du transformateur.
Cornue 1'impulsion de l'enroulement 55 à travers les relais 63 n'est néoessai- re que pendant les intervalles de commutation de l'installa- tion transformatrice, les segments de contact 57 et 58 du commutateur 56 sont, de la façon indiquée sur le dessin,sé- parés par des segments isolants 68 et 69, de telle façon que le circuit formé par l'enroulement 55 et le relais 63 ne sem fermé que pendant lesdits intervalles de commutation.
Il est clair que le courant de l'enroulement 55, redres-
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sé par le oomnutateur 56, peut être directement fourni à la génératrice-excitatrice 24 ou à son moteur d'aotionnement respectivement, ou bien encore à une génératrice auxiliaire qui augmente ou diminue l'excitation de ladite machine.Comme il importe particulièrement de compenser tout courant non équilibré avant qu'il n'ait pris des valeurs daggereuses,il est toufefois préférable de prévoir des moyens pour ampli- fier le oourant continu correcteur avant qu'il ne soit four-. ni audit enroulement ou auxdits enroulements exoitateurs respectivement.
Il est en outre possible de disposer le transformateur auxiliaire 54 de telle façon que son côté primaire ou son côté secondaire soit prédominant, et cela par exemple en augmentant quelque peu le nombre de tours de l'un des dits enroulements 52,53 en sorte qu'il suffit alors de munir le relais 63 d'un seul circuit 66 ou 67 à travers la génératrioe-exoitatrioe 24. On pourra de la sorte supprimer les dispositifs redresseurs qui autrement seraient nécessaires dans le relais, et l'en pourra égale- ment supprimer le oommutateur auxiliaire 56.
L'enroulement auxiliaire 55, qui alimente le relais 63, peut aussi être prévu sur le transformateur principal 19, ce qui rend en ce cas inutile le transformateur auxiliai- re 54 bi-dessus décrit. Comme il n'est pas toujours désira- ble de faire passer la totalité du flux induit du transfor- mateur principal à travers l'enroulement 55, ledit enroule- ment peut passer à travers une rainure ménagée dans le noyau du transformateur principal 4. De cette façon une partie seulement du flux induit du transformateur passera à travers l'enroulement 55. Dans ce cas également il est nécessaire d'établir le oonnutateur 56, oomne décri t oi-dessus,de façon qu'il maintienne ouvert le circuit à travers enroulement 55 pendant les intervalles actifs du transformateur.
Le dispositif représenté sur la figure 3 peut également être modifié de façon différente sans que pour cela l'on sorte
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du oadre de l'invention.
L'installation représentée sur la figure 3 est à tous autres égards en concordance aveo la forme de réalisation représentée sur la figure 1, et les parties oorrespondan- tes de l'installation sont, dans les deux figures,pour- vues des mêmes chiffres de référence. On retrouve toutefois dans la figure 3 une légère mddification dans la connexion de la génératrice-commutatrice 26 aveo le oôté seoondaire, au moyen d'un transformateur 71, ce qui dispense de l'iso- lation du oôté haut voltage de la génératrice-commutatrice 26, qui autrement serait nécessaire. Un dispositif oorres- pondant peut bien entendu , si on le désire, être appli- qué aux formes de réalisation représentées sur les figures 1 et 2, en particulier dans les cas où le voltage secon- daire est élevé.
L'équilibrage des ampère-tours du transformateur ef- feotué dans les installations ci-dessus déorites dépend dans tous les oas d'un rapport donné du transformateur ou des transformateurs respectivement. Si ce rapport est va- riable, un ajutage des dispositifs stabilisateurs doit être opéré en vue de maintenir leur fonctionnement correct.
La forme de réalisation de l'invention représentée sur la figure 4 est particulièrement applioable aux cas où des no- difiaations dans le rapport de l'installation sont désirées ou néoessaires du fait de la possibilité qu'elles présen- tent de faire varier à volonté ledit rapport sans qu'il soit besoin d'ajuster les autres éléments stabilisateurs.
Le schéma représenté sur la figure 4 est en concordan- ce aveo oelui de la figure 1, et tous les éléments représen- tés de ladite figure et leurs connexions se trouvent dans la figure 4 désignés par les mêmes chiffres de référence.
Dans la forme de réalisation de la figure 4 le oôté primai- re du transformateur 19 qui est supposé présenter le plus
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bais voltage est également connecté à un transformateur régu- lateur 72, de type connu, lequel est pourvu de systèmes de bobinage primaire et seoondaire, 73 et 74 respeotivement Les extrémités opposées 75 et 76 des enroulements primaires 73 sont connectées aux balais 11 et 12 respectivement tandis que l'une des extrémités 77 de l'enroulement seoondaiie 74 est connectée à l'une des extrémités de l'enroulement primai- re 3 du transformateur principal, l'autre extrémité de cet enroulement étant connectée à une borne réglable 78 de l'enroulement 74.
Par l'examen de la figure il est aisé de voir que le rapport entre le voltage du courant oontinu fourni et le vol- tage du courant oontinu prélevé peut être modifié par un déplacement de la connexion réglable 78 sur le transforma- teur régulateur. Si la connexion 78 est déplaoée vers le point 77, le oourant alternatif transmis à l'enroulement primaire 2 du transformateur principal, par le transformateur régula- teur, se trouvera réduit, si bien que le voltage seoondaire dans l'Enroulement 3, et par conséquent le voltage direct obtenu, diminueront également, tandis qu'un déplacement du point 78, dans la direction opposée, aura pour conséquence une augmentation desdits voltages.
Comme toutefois le rapport du nombre aotif de tours des dispositifs auxiliaires connectés au transformateur ou aux transformateurs respectivement,le nombre de tours des géné- ratrioes-oommutatrices ou des génératrices-excitatrices,ou au- tres par exemple, doit toujours avoir un rapport fixe aveo le rapport de transformation du transformateur prinoipal,ou comme lesdits dispositifs sont à d'autres égard influencés par la variation de réglage du transformateur 72, toute modi- fication du rapport du transformateur régulateur nécessite- rait un réglage desdits dispositifs auxiliaires.
Il va de soi qu'un réglage commun peut être effectué si l'on rend ajusta-
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bles les bornes des enroulements oi-dessus mentionnés et si l'on oonnecte entre eux les divers organes d'ajustage de façon oonvenable, par exemple mécaniquement: mais oeoi représente, dans tous les cas, une certaine oanplioation,on peut éviter de recourir à de semblables moyens, en introduisant dans le circuit primaire ou dans le circuit secondaire du dispositif transformateur une résistance induotive réglable 79, dont l'impédance est réglée en accord avec la variation dans le transformateur régulateur 72.
La résistance 79 peut,par exem- ple oomme le montre la f igure, consister en une bobine d'in- duotion 80 reliée en série aveo l'enroulement 73, bobine qui, de la façon oonnue, sera pourvue d'un ou de plusieurs noyaux de fer 81,82 réglables l'un par rapport à l'autre ou par rapport à la bobine. Les bobines à noyaux 80,82 sont, dans la forme d'exécution représentée, connectées à un organe de réglage 79, par un système articulé 83. Cette con- nexion peut bien entendu être assurée de façon différente, par exemple au moyen d'excentriques ou autres dispositifs analogues.
Le dispositif est organisé de manière que la ré- sistance induotive dans le circuit de l'enroulement primaire 2 demeure constante, le transformateur régulateur 72 variant A l'aide du dispositif représenté sur la figure 4 on rend possible dans de larges limites une modification convenable et non dangereuse du rapport de l'installation de transforma - teurs. Les enroulements à haut voltage du transformateur prin- cipal ainsi que les enroulements à bas voltage qui lui sont induotivement connectés peuvent être isolés de façon très efficace et peuvent par exemple être renfermés dans des réai- pients fermés ohargés d'huile, de gaz comprimé, ou autres, sans qu'il soit nécessaire de prévoir un grand nombre de joints passant à travers des garnitures dans la paroi du ré- oipient.
D'autre part le transformateur régulateur de bas volt age peut être disposé en un point voulu quelconque où
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toutes les modifioations nécessaires de connexion pourront être effeotuées à une distance non dangereuse des circuits à haut voltage.
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"::::"> ..:., -.- 1y, .. ,, É Method and devices for stabilizing "LJa \; t'llations of transformers".
The present invention relates to improvements in transformer installations for the transformation of a direct current of a given voltage into a direct current of another voltage, or for the transformation of this same current from a given voltage into. alternating current.
Another object of the invention is to provide a method for maintaining or stabilizing in such installations the ratio between the primary and secondary ampere-turns of the transformer or transformers, so that these ampere-turns exhibit at all times a fixed ratio between them, that is to say so that they are approximately equal.
From the point of view of energy this means that the energy supplied to the primary side of the installation remains at all times, if we neglect the ohmic losses, equal to the energy delivered to its secondary side, which implies that the inevitable losses in the iron, of the installation, must be compensated for
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by a separate source of energy. Another object of the invention relates to an installation of transformers for the practice of the method referred to above.
In accordance with the method which is the subject of the invention, variations in the ratio between the primary current and the secondary current of the transformer are used to directly or indirectly influence an energy source determining the passage of a magnetic flux in 1 The transformer, for example an exciting generator, an actuating motor or the like, in order to balance or compensate for said variations.
An installation of transformers of the type mentioned above may include either a static transformer or a rotary transformer. In the latter case, the transformer may, as is more fully indicated for example in the description of French Patent No. 694,859, of May 2, 1930, be provided with primary windings and secondary windings on cores. iron, with respect to whichst between which the poles of a permanent or electrically exited magnetic body rotate so as to produce a variable magnetic flux in the iron cores, neo-test for the operation of the transformer. In the first case the variations of the magnetic flux in the transformer are produced by means of a fixed winding system.
In either type of transformer it is often desirable to provide the above mentioned stable ratio.
In the rotary type, means for mechanically stabilizing the ratio between primary ampere-turns and secondary ampere-turns exist in their effective rotary system. In this case, the retor driven by a primary motor of some kind will supply energy to the windings of the transformer or will borrow enlarged material from the latter so as to ensure stabilization to a certain extent.
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If the stabilizing power of the rotor is to be used, however, it is necessary to increase the dimensions of the installation correspondingly, which makes this installation more expensive, if the transformer is of the fixed type one does not have to. no such possibility of mechanical stabilization, and it is the object of the present invention to provide electrical means for stabilization.
In transformer installations of the type to which the invention relates, the continuous current supplied to them is first converted by means of a switching device into an alternating current, which is then supplied to the primary windings of the transformer. 'one or more AC transformers. In the secondary winding system of the transformer, alternating current is taken and used directly, or first rectified by means of a direct current switching device before being brought to the place of use. .
The necessary alternating magnetic flux of the transformer is generated either with the aid of the above-mentioned magnetic rotor or by a fixed operator winding provided on the transformer, through which a variable current of the same frequency passes. This is due to the alternating currents which flow through the primary and secondary windings of the transformer. If the installation must deliver direct current, that is to say if the obtained alternating current must be rectified, two or more devices of the type mentioned above can be combined to obtain a current or of a continuous voltage on the secondary side.
Similar devices have been described in French Patents No. 694,859 of May 2, 1930, and 708,511, of December 22, 1930, which relate to rotary type transformer installations.
The invention will be described below in detail, reference being made to the construction diagrams of
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transformers shown in the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 shows an embodiment of the invention applied to an installation of transformers of the fixed type, for the transformation of a direct current into a direct current of another voltage, one of the halves of the installation having only one shown for clarity.
Figure 2 shows the same device in conjugation with the other half of the installation.
FIG. 3 shows an embodiment which is also suitable for the case where direct current is taken from the secondary side of the installation and where the alternating current obtained is actually used.
Figure 4 shows a simple device for rendering
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possible modification of the transformation ratio of the installation during the continuous operation of the latter.
In all the above-mentioned diagrams, only those parts of the installation which are affected by the invention or which have not previously been described have been shown in detail, for example in the descriptions of French patents. - this n 694,850 and 708,511 mentioned above, and in French patent n 723,082 of August 18, 1931, On the other hand, in all the embodiments shown, the invention is represented and described in its applioation to installations fixed-type transformers only.
The invention may, however, ooirme this is easy to understand by what precedes also be applied in a completely analogous manner to installations of the rotary type; it will suffice for this to replace in the diagrams the primary and secondary windings of the fixed transformers by the primary and secondary windings of the halves of the machine deoritated in the prior patents mentioned above. The exoitatrioe generatio represented in the drawings corresponds in the same way to any
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suitable source of energy influencing the magnetic flux which passes through the windings) of service of the maohine, of the drive motor of the installation for example, or of any other similar machine.
In figure 1, 19 denotes the magnetic core of a transformer of the fixed type with alternating current, provided with a primary winding 2 and a secondary winding 3, each of these two windings being connected to a rectifier, 4 and 5 respectively. The rectifier consists of rotary switches each provided with two segments 7, 8 and 9, 10 respectively, which segments cooperate with four oontaot brushes on each of the switches, the base being designated by 11, 12, 13, 14 and 15. , 16, 17,18 respectively. The brushes are also spaced from each other in the peripheral direction.
The primary winding of the transformer is connected to the brushes 11 and 12 of the switching device 4, while the secondary winding of this transformer is connected between the brushes 15 and 16 of the switch 5. Continuous current is supplied. at switch 4, by a direct current source 20, 21 connected to brushes 13 and 14; and direct current can be taken from switch 5 by terminals 22,23 connected to brushes 17 and 18.
The transformer is also provided with a tertiary winding 6 serving as an exciter winding for the transformer and which, during operation, receives an alternating voltage, by a separate exciter generator 24. The rotor of this generator, at the oaurs operation rotates in synchronism with the rotating parts of switches or collectors 4 and 5, which can for example be achieved by a mechanical interconnection between said elements. Thanks to this device, the inversion of the switches will occur, c ' is to say one of the pairs of brushes will cross the interval between the segments at the moment when the variable magnetic flux
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induced by the operating current in winding 6 takes its extreme values and is therefore practically constant.
In order to ensure spark-free switching, the installation is, in the manner previously described, for example in the aforementioned French patent No. 708,511, provided with switching generators 25 and 26 using the - which of the switching voltages are generated in the windings to be switched. While the switching generator 26 is shown in the diagram as directly connected to the alternating current circuit on the secondary side, it may often be advantageous, particularly in the case where the secondary voltage is very high, to provide said connection and can also be the connection of the other generatrioe-oommutatrioe, via an auxiliary transformer as was indicated in the above mentioned patent.
The generator-exciter 24 may be of any suitable type, such as a two-phase synchronous normal generator, having a voltage diagram consisting of rectangles separated by zero intervals.
It is clear that if, due to variations in the excitatory flux, electro-motor counter-forces are induced in the primary winding 2 which precisely allow the primary current to pass through, the ampere-turns of the primary winding will remain , regardless of the load conditions, equal to or approximately equal to the amperes-turns of secondary winding 3, so that a constant voltage at single voltage is obtained at terminals 22 and 23.
If for some reason the said electromotive force induced in the primary winding, 2 was not high enough to balance the primary voltage which is supplied to said winding the ampere-turns of this winding become a little higher than the amperes-turns of the secondary winding
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daire and the exoess of current being a partial excitatory current and, consequently, out of phase relatively to the primary voltage, carries however prejudice to the omnutation.
It may happen that this unwanted current eventually reaches a value such that it can damage the installation, for example because the operator winding 6 will supply power during the switching interval backwards, to the winding 27 of the generator-exciter 24.
In order to prevent such disturbances, the voltage generated by the generator-exciter is, in accordance with the present invention, regulated by the currents, primary and secondary, said generator being excited not only by an exciter winding. 32 supplied by a separate source of direct current 30, 31, but also by two additional exciter windings 28 and 29 which compensate each other, the winding 28 being connected to the primary and the winding 29 to the secondary side of the continuous current of the transformer. The ratio between the number of turns in oes two windings, is equal to the transformation ratio, ie is equal to the ratio between the turns of windings 2 and 3.
If the amperes-turns of the transformer feel the same on the primary and secondary sides, the actions of windings 28 and 29 cancel each other out. If the number of ampere-turns of the primary winding tends to rise above or fall below that of the secondary winding, windings 28 and 29, due to the variation in the primary and secondary oouranth which flow through said coils, will determine a variation in the voltage delivered by the generator-excita- trioe, variation which will be proportional to the difference between the ampere-turns of coils 28 and 29 and which increases
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will decrease or decrease the voltage induced in the primary winding.
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mayor 2, so as to eliminate the current exoitateur eroâ # - '' -rnaire.
It is easy to understand that the above-mentioned stabilizing effect could also be produced by causing the primary and secondary continuous currents to influence the speed of the actuating motor (nm shown in the drawing) of the generator. exciter, instead of directly influencing said generator. If in this case also opposite direction windings are employed with a turn ratio equal to the transformation ratio, the drive motor% when the primary current reaches too high a value, will increase in speed, and when said current becomes too low it will decrease in speed, so that an appropriate variation in the voltage generated by the generator-exciter will be obtained.
Instead of influencing
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² oer the generatrioe-excitatricëyaux windings 28 and 29, it is also possible to make them influence the excitation of an auxiliary generator (not shown) which can for example be mounted on the same shaft as the exciter generator 24 and can provide power. current to an exciter winding of the generator 24. The current passing through said auxiliary winding will thus have a zero value when the ampere-turns of the primary and secondary currents of the transformer are equal.
The branch of the direct current network, on the side of the high voltage of the transformer, which is connected to the winding 29, can advantageously be earthed in the vicinity of said winding. A corresponding earthing can of course, if suitable, also be provided on the low voltage side of the transformer.
In the embodiment of the invention, described above, the secondary direct current is produced by means of
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of a single transformer, while as has been explained above two or more transformers are generally combined, each of said transformers being able to comprise an individual exciter generator or else a common generator being provided for this purpose .
Figure 2 shows an installation in which the transformer 19 is combined with a transformer 33 arranged analogously to that of the transformer 19.
The parts of the installation already described with reference to figure 1 and which are in figure 2 are designated by the same reference numbers. The transformer 33, the voltage of which is phase-shifted by @ 0 electrically with respect to the voltage of the transformer 19, is also provided with primary and secondary windings 34 and 35 respectively, and a tertiary winding 36 supplied by a @ winding in service 37 on the genera- trioe-exoitatrioe 24.
The high and low voltage sides of transformer 35 are connected to switches 38 and 39 which consist of segments 40,41, and 42,43 respectively and of brushes 44,45, 46, 47 and 48,49 The primary and secondary AC sides of the transformer are also connected to the switching generators 25 and 26, respectively, co-operating with these segments, as shown in the drawing. The connections of the generator-commutators are on the other hand in strict agreement with the device shown in detail in the prior French patent No. 708,511, recalled above.
As shown in the diagram, the two halves of the installation cooperate in such a way that a constant DC voltage is obtained between terminals 22 and 23.
The installation described above can of course receive various modifications which remain within the scope of the invention. This is how, for example, it will be possible to
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providing the two halves of the installation with a single common generator of another type, such as a conventional two-phase or polyphase generator. On the other hand the generators-switches and the generators-exoitatri- oes can in the known way be provided with suitable auxiliary devices for the regulation of their voltage and the phase shift, and also for the regulation of the length of the intervals. voltage and zero potential respectively.
It is also possible, in the case of the installation being of low oapaoity, to completely remove
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the generatrioes-oommutatrioes.
In FIG. 3 there is shown an embodiment of the invention which can be used either in the case where the continuous current is to be borrowed from the installation or in the case where the alternating current is directly employed, if the switch / of Figure 1 is deleted.
In this exemplary embodiment, the primary and secondary alternating currents are used to ensure the desired stabilization, and they are supplied to the primary and secondary windings 52 and 53 respectively of an auxiliary transformer 54. The windings 52 and 53 are connected in series with the primary and secondary windings of the main transformer and have the same ratio as said windings. In this device, the field energy of the windings of the auxiliary transformer will be reduced to zero when the primary and secondary ampere-turns of the main transformer (and also of the auxiliary transformer) are equal.
As soon as the difference between said ampere-turns occurs the resulting field energy in the auxiliary transformer will cease to be zero but will vary synchronously with the ac current passing through windings52 and 53. In a third winding 55, which will hereinafter be referred to as an auxiliary winding and which is
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provided on the auxiliary transformer, an alternating current will be induced, the value and direction of which will at all times be a function of the unbalanced current to be compensated.
The device is on the other hand provided with an auxiliary switch 56 rotating in synohronism with the switches 4 and 5 and consisting of two segments 57 and 58 cooperating with the sweeps 59, 60, 61, and 62 which are arranged at equal distances peripherally around the switch, such that the brushes 59, 60 and 61, 62 respectively are located at points diametrically opposed to each other. The brushes 59 and 60 are directly connected to the winding 55, and the brushes 61 and 62 are connected to a relay device 63, for example of the type described in French patent No. 723,082 above. peeled.
Reference numerals 64 and 65 denote the terminals of a separate source of direct current from which relay 63 passes current through one or more of the exciter windings 66 and 67 which act in the opposite direction on the generator. -exciter 24 of the main transformer, according to the direction of flow of a continuous current supplied to the relay 63 by the brushes 61 and 62. It is easy to understand that the alternating current generated in the winding 55 will be converted. , by the switch 56, in direct current, the direction of flow of this current being determined by the @ ampere-turns in excess of the primary and secondary windings of the transformer.
Since the pulse of winding 55 through relays 63 is only retested during the switching intervals of the transformer plant, contact segments 57 and 58 of switch 56 are, as shown. in the drawing, separated by insulating segments 68 and 69, so that the circuit formed by the winding 55 and the relay 63 is only closed during said switching intervals.
It is clear that the current of the winding 55, rectified
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se by the oomnutateur 56, can be directly supplied to the generator-exciter 24 or to its aotation motor respectively, or even to an auxiliary generator which increases or decreases the excitation of said machine. As it is particularly important to compensate everything unbalanced current before it has taken on dangerous values, it is however preferable to provide means for amplifying the correcting direct current before it is supplied. nor to said winding or to said exoitateur windings respectively.
It is also possible to arrange the auxiliary transformer 54 such that its primary side or its secondary side is predominant, and this for example by slightly increasing the number of turns of one of said windings 52,53 so that 'it then suffices to provide the relay 63 with a single circuit 66 or 67 through the generator-exoitatrioe 24. In this way, the rectifying devices which would otherwise be necessary in the relay can be eliminated, and this can also be done remove the auxiliary switch 56.
The auxiliary winding 55, which supplies the relay 63, can also be provided on the main transformer 19, which in this case makes the auxiliary transformer 54, described above, unnecessary. Since it is not always desirable to pass all of the induced flux from the main transformer through winding 55, said winding can pass through a groove made in the core of main transformer 4. De in this way only a part of the flux induced by the transformer will pass through the winding 55. In this case also it is necessary to set the oonnutator 56, oomne described above, so that it keeps the circuit open through winding 55 during the active intervals of the transformer.
The device shown in FIG. 3 can also be modified in a different way without leaving
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of the scope of the invention.
The installation shown in Fig. 3 is in all other respects consistent with the embodiment shown in Fig. 1, and the corresponding parts of the installation are, in both figures, provided with the same figures of reference. However, we find in figure 3 a slight modification in the connection of the generator-switch 26 with the secondary side, by means of a transformer 71, which dispenses with the isolation of the high voltage side of the generator-switch. 26, which would otherwise be necessary. A corresponding device can of course, if desired, be applied to the embodiments shown in Figures 1 and 2, particularly in cases where the secondary voltage is high.
The balancing of the ampere-turns of the transformer carried out in the above mentioned installations depends in all cases on a given ratio of the transformer or transformers respectively. If this ratio is variable, a nozzle of the stabilizing devices must be made in order to maintain their correct functioning.
The embodiment of the invention shown in FIG. 4 is particularly applicable to cases where modifications in the ratio of the installation are desired or necessary because of the possibility that they present to vary at will. said ratio without the need to adjust the other stabilizing elements.
The diagram represented in FIG. 4 is in agreement with that of FIG. 1, and all the elements represented in said figure and their connections are found in FIG. 4 designated by the same reference numerals.
In the embodiment of Figure 4 the primary side of transformer 19 which is assumed to have the most
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The voltage is also connected to a regulating transformer 72, of known type, which is provided with primary and secondary winding systems, 73 and 74 respectively The opposite ends 75 and 76 of the primary windings 73 are connected to the brushes 11 and 12 respectively while one of the ends 77 of the second winding 74 is connected to one end of the primary winding 3 of the main transformer, the other end of this winding being connected to an adjustable terminal 78 of the main transformer. winding 74.
By examining the figure it is easy to see that the ratio between the voltage of the continuous current supplied and the vol- tage of the continuous current withdrawn can be modified by a displacement of the adjustable connection 78 on the regulating transformer. If connection 78 is moved to point 77, the alternating current transmitted to primary winding 2 of the main transformer, by the regulating transformer, will be reduced, so that the secondary voltage in Winding 3, and by Therefore the direct voltage obtained will also decrease, while a displacement of point 78, in the opposite direction, will result in an increase in said voltages.
As, however, the ratio of the number of turns of the auxiliary devices connected to the transformer or to the transformers respectively, the number of turns of the generators-switches or generators-exciters, or other for example, must always have a fixed ratio with the transformation ratio of the main transformer, or since said devices are in other respects influenced by the variation in setting of the transformer 72, any modification of the ratio of the regulating transformer would require an adjustment of said auxiliary devices.
It goes without saying that a common adjustment can be carried out if one makes adjustment
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the terminals of the above-mentioned windings and if the various adjustment members are connected together in a suitable manner, for example mechanically: but this represents, in all cases, a certain amount of operation, it is possible to avoid having to resort to similar means, by introducing into the primary circuit or into the secondary circuit of the transformer device an adjustable inductive resistance 79, the impedance of which is regulated in accordance with the variation in the regulating transformer 72.
The resistor 79 can, for example as shown in the figure, consist of an induction coil 80 connected in series with the winding 73, which coil, as shown in the figure, will be provided with one or more several iron cores 81,82 adjustable relative to each other or relative to the coil. The core coils 80, 82 are, in the embodiment shown, connected to an adjustment member 79, by an articulated system 83. This connection can of course be ensured in a different way, for example by means of eccentrics or other similar devices.
The device is organized in such a way that the inductive resistance in the circuit of the primary winding 2 remains constant, the regulating transformer 72 varying. With the aid of the device shown in FIG. 4, a suitable modification is made possible within wide limits. and not dangerous from the report of the installation of transformers. The high voltage windings of the main transformer as well as the low voltage windings induotively connected to it can be insulated very efficiently and can for example be enclosed in closed vessels charged with oil, compressed gas, etc. or others, without it being necessary to provide a large number of gaskets passing through gaskets in the wall of the container.
On the other hand, the low-voltage regulating transformer can be placed at any desired point where
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all necessary connection modifications can be made at a safe distance from high voltage circuits.