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Procédé pour régler astatiquement des tensions électriques, des vitesses de rotation de machines et des températures,et dispositifs pour exécuter ce procédé.
La présente invention concerne un procédé pour ré- gler astatiquement des tensions électriques, des vitesses de rotation de machines et des températures, ainsi que des dis- positifs pour exécuter ce procédé en vue d'obtenir les effets mentionnés. En substance l'invention consiste à employer in- directement une force électromotrice, qui dépend à tout moment des grandeurs à régler, pour commander automatiquement les organes qui influencent directement les grandeurs considérées.
Les régulateurs de tension connus jusqu'ici, par exemple les régulateurs Tirril, présentent une série d'imper-
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fections de principe. Tout d'abord ces régulateurs ne sont pas capables d'assurer automatiquement un état d'équilibre de la tension à régler, car leur action est basée sur la mise en circuit et hors circuit périodique des résistances de l'enroulement d'excitation de l'excitatrice, ce qui pro- voque une oscillation périodique de la tension. La fermeture répétée des contacts provoque des étincelles qui en peu de temps mettent les contacts hors d'usage et qui compromettent ainsi l'invariabilité du fonctionnement du relais.
Par ail- leurs de tels régulateurs travaillent avec des masselottes et des ressorts qui équilibrent l'action de l'électroaimant commandé par le circuit à régler, ce qui compromet fortement la sûreté de fonctionnement et l'invariabilité du régulateur.
Les leviers et ressorts employés dans les régulateurs moder- nes diminuent en raison de leur inertie et du frottement la sensibilité du régulateur et fonctionnent avec des retards qui ont pour effet des oscillations de la tension.
Quant aux procédés pour régler la vitesse de rota- tion des machines, ils sont basés presque exclusivement sur l'emploi de régulateurs centrifuges commandant au moyen d'une transmission mécanique appropriée les organes. de la machine qui règlent directement le nombre de révolutions. Pareils ré- gulateurs sont peu sensibles et leur fonctionnement n'est pas sûr car il y a toujours le risque d'un grippage des or- ganes glissant les uns sur les autres. En outre ils possèdent une assez grande inertie due à l'importance des masses à dé- placer et au frottement mécanique. Le renvoi du mouvement de l'arbre de la machine au régulateur centrifuge s'opère géné- ralement au moyen d'une transmission mécanique spéciale qui absorbe, conjointement avec le régulateur, une fraction non négligeable de la puissance de la machine.
A
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Les régulateurs de température connus jusqu'ici sont basés soit sur l'emploi de la dilatation thermique de corps appropriés soit sur la transmission électromécanique du mouvement de l'index d'un galvanomètre ou du, contact d'un indicateur de température potentiométrique, qui règlent les organes commandant directement l'admission du combustible.
Tous ces moyens présentent les défauts suivants:
Les dispositifs basés sur l'emploi de la dilatation thermique perdent beaucoup de leur précision par suite de 1%sure rapide des contacts, notamment aux températures éle- vées, et par suite des souillures et des variations continuel- les du coefficient de dilatation dues aux variations de la structure des organes de dilatation.
Les régulateurs de température basés sur la trans- mission du mouvement de l'index d'un galvanomètre présentent tous les inconvénients inhérents au galvanomètre lors de la mesure des températures, savoir la présence d'obstacles mécaniques éventuels ainsi que le frottement et l'inertie des parties mobiles du galvanomètre.
Aussi de tels régulateurs sont-ils peu sûrs, peu sensibles et assez peu précis.
Enfin les régulateurs à potentiomètre sont des appa- reils très compliqués et leur sensibilité est très limitée étant donnés l'inertie et le frottement inévitables du gal- vanoscope employé à cet effet.
Le procédé suivant la présente invention permet d'obtenir tous les effets mentionnés et écarte complètement tous les inconvénients et défauts cités.
Dans le cas où on veut régler une tension, le procédé suivant l'invention consiste à compenser dans un circuit électrique quelconque la tension à régler, ou une tension qui @
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à tout moment dépend de, la tension à régler, par la tension aux bornes d'un appareil intercalé dans le circuit, par exemple d'un potentiomètre, d'une pile électrique ou thermoélectrique ou d'un appareil analogue, l'état d'équilibre se produisant dans le circuit de compensation seulement quand la tension à régler a la valeur pour laquelle on a réglé le régulateur. Aussitôt que la grandeur de la tension change, il circule dans le cir- cuit de compensation un courant qui règle l'organe commandant directement la tension jusqu'à ce que celle-ci ait atteint de nouveau la grandeur voulue.
Le procédé pour régler le nombre de révolutions des machines consiste à compenser dans le circuit de compensation ci-dessus mentionné une tension qui dépend à tout moment de la force électromotrice d'une servogénératrice dont le nombre de révolutions dépend à tout moment de celui de la machine à régler. Aussitôt qu'il se produit, par suite d'une variation de vitesse, une rupture de l'équilibre électrique dans le cir- cuit de compensation, le courant qui se produit alors commande l'organe réglant directement le nombre de révolutions jusqu'à ce que l'équilibre soit rétabli dans le circuit de compensation.
Pour régler les températures on emploie la force élec- tromotrice d'une pile thermoélectrique disposée à l'endroit dont on veut régler la température ou la tension aux bornes d'une cellule photoélectrique exposée à l'action du rayonne- ment du corps dont on veut régler la température. On compense cette tension, dans un circuit électrique quelconque, par une tension invariable, par exemple la tension d'un potentiomètre, d'une pile ou d'un accumulateur électrique ou d'une pile ou batterie de piles thermoélectriques. Dans ce circuit de com- pensation l'équilibre existe seulement quand la température du lieu ou du corps, qui doit être réglée, a la grandeur pour - laquelle on a réglé le régulateur.
Aussitôt qu'il se produit
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une variation de la température, le circuit de compensation devient le siège d'un courant que l'on emploie pour commander un organe réglant directement la température jusqu'à ce que celle-ci ait atteint de nouveau la valeur pour laquelle a été réglé le régulateur. On règle le régulateur pour la tem- pérature voulue en réglant convenablement la tension étalon du circuit de compensation.
Les dessins annexés montrent schématiquement quel- ques exemples de dispositifs pour l'exécution du procédé suivant l'invention.
Les Figs. 1 à 5 montrent des dispositifs pour régler les tensions.
Les Figs. 6 à 8 montrent des dispositifs pour régler la vitesse ou nombre de révolutions des machines.
Fig. 9 montre un dispositif pour synchroniser la marche de deux machines.
Les Figs. 10 à 12 montrent des dispositifs pour régler les températures.
La Fig. 1 montre un dispositif pour régler la ten- sion d'un réseau à courant continu.
Dans le circuit électrique 0 on compense une ten- sion partielle, maintenue entre les points 3 et 4, par le. tension aux bornes 5 et 6 d'un potentiomètre.
Quand la tension de réseau a une valeur pour laquelle on a réglé le régulateur en déplaçant un contact coulissant du potentiomètre, aucun courant ne circule dans le circuit de compensation 0. Mais aussitôt que la tension de réseau change de va.leur, il se produit une rupture de l'équilibre électrique et le circuit de compensation 0 devient le siège d'un courant qui crée une différence de potentiel entre les points 1 et 2. On transmet cette différence de potentiel à un système de lampes cathodiques K1 et k2, de telle manière
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que la tension de grille d'une lampe augmente et que celle de l'autre lampe diminue. De ce fait le circuit d'anode d'une lampe sera parcouru par un courant plus intense que le courant circulant dans le circuit d'anode de l'autre lam- pe.
On emploie la différence des intensités de courant d'ano- de des deux lampes, après l'avoir amplifiée convenablement dans l'amplificateur a, pour commander un dispositif 1 qui règle directement la tension de réseau jusqu'au moment où l'état d'équilibre électrique est rétabli dans le système. On peut remplacer les lampes cathodiques ci-dessus mentionnées par un autre système de lampes cathodiques ou de lampes à remplissage gazeux, ou par leurs combinaisons.
On règle le régulateur pour la tension de réseau voulue, de la manière indiquée ci-dessus, en déplaçant les contacts du potentiomètre b.
La Fig. 1 montre aussi un exemple d'exécution d'un dispositif 1 qui règle directement la tension du réseau.
On emploie les courants d'anode des deux lampes k et k , amplifiés dans l'amplificateur a, pour commander deux électroaimants e1 et e d'un relais p.
Quand par exemple la tension de réseau prescrite s'abaisse, un des électroaimants e1 ou e2 attire par suite de la différence des intensités des courants d'anode produits dans les deux lampes k1 et k le levier d qui ferme alors le circuit de l'électroaimant correspondant e3 ou e4 de manière que celui-ci attire le levier d1. Sur le levier d1 est monté un disque de friction gl dont la rotation est transmise, par exemple au moyen d'une chaîne de transmission, à une roue à chaîne h1 reliée à la manette de réglage d'un rhéostat appro- prié r1. Aussitôt que l'un des électroaimants.e3 ou e4 a atti- ré le levier d1, le disque de friction gl appuie sur un pla-
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teau de friction t1 monté sur l'arbre d'un servomoteur m1.
De ce fait le disque de friction g1 tournera dans le sens convenable et déplacera la manette du rhéostat ri, qui connec- te ou déconnecte les éléments de résistance de ce rhéostat. A côté du rhéostat r1 est disposé un second théostat r2; tous deux sont montés en série dans le circuit d'excitation de la dynamo M. Le rhéostat r est constitué d'éléments de résistan- ce élevée, tandis que le rhéostat r1 assure le fin réglage au moyen d'éléments c de faible résistance. Quand le disposi- tif est à l'état d'équilibre, la manette du rhéostat r1 est au droit des éléments c de faible résistance.
Quand par exemple la chute de tension est petite, la manette du rhéostat r glisse sur les éléments c de faible résistance jusqu'à ce que la tension du réseau ait de nouveau atteint sa valeur normale. Lorsque la chute de tension est si élevée que les éléments c de faible résistance ne suffi- sent plus, la manette est amenée au-dessus des éléments c1 de résistance croissante, de sorte qu'une résistance suffisamment grande est mise hors circuit. A ce moment les contacts 7 fer- ment le circuit de l'électroaimant e5 qui attire vers lui le levier d2. De ce fait le disque de friction g2 et le plateau de friction t2 du servomoteur m2 actionnent la manette du rhéostat r2. qui déconnecte les éléments de résistance élevée.
Ce mouvement continue jusqu'à ce que la tension du réseau ait atteint ou même dépassé sa valeur normale. La différence des intensités des courants d'anode change alors de signe et la manette du rhéostat r1 se déplace en sens inverse sous l'ac- . tion des électroaimants e 1 et e3 ou e2 et e4. Toutefois, tant que cette manette reste sur les éléments de résistance c1' la manette du rhéostat r2 continue à se déplacer dans le même sens et,finalement oblige la première manette à quitter les éléments de résistance e 1 et à passer sur les éléments de
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résistance c. A ce moment la manette du rhéostat r2 s'arrête et la manette du rhéostat r1 opère le fin réglage de la ré- sistance de l'enroulement d'excitation de la dynamo M.
Quandla tension de réseau dépasse sa valeur nor- male, l'action du relais se renverse et les manettes des rhéostats r1 et r2 se déplacent de la même manière mais en sens inverse jusqu'à ce que la tension de réseau soit égali- sée et l'état d'équilibre atteint.
La Fig. 2 montre un dispositif analogue pour le courant alternatif, qui ne diffère du dispositif décrit ci- dessus qu'en ce qu'on crée dans le circuit de compensation une tension aux bornes 3 et 4 d'une résistance parcourue par un courant continu pris par l'intermédiaire d'un transforma- teur u et d'un redresseur s au réseau à courant alternatif dont on veut régler la tension. Le réglage est opéré, par exemple, par le dispositif 1, représenté sur la Fig. l, qui règle le courant d'excitation de l'excitatrice i jusqu'à ce que la tension alternative du réseau ait atteint la valeur prescrite.
La Fig. 3 représente une variante du dispositif pour régler une tension de courant continu, suivant laquelle on remplace par une pile électrique le potentiomètre du circuit de compensation et on prend dans une dérivation 3-4 la ten- sion dépendant de la tension de réseau à régler. On règle le régulateur pour la tension voulue en déplaçant le contact coulissant de la résistance dans la dérivation 3-4.
La Fig. 4 montre un dispositif analogue pour le cou- rant alternatif.
Pour commander le dispositif 1 au moyen du courant circulant dans le circuit'de compensation lors de la rupture de l'équilibre électrique, on peut employer au lieu des lampes @
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cathodiques des cellules'photoélectriques coopérant avec un galvanoscope. La Fig. 5 montre un tel exemple d'exécution qui correspond à celui représenté sur la Fig. 1.
Le courant circulant dans le circuit de compensation lors de la rupture de l'équilibre électrique agit sur la bobi- ne du galvanoscope g, qui dévie conjointement avec un miroir.
Celui-ci réfléchit un rayon lumineux, émanant d'une source lumineuse x, qui tombe sur une des cellules photoélectriques f1 ou f2. On amplifie dans un amplificateur a le courant ainsi produit et on l'emploie pour commander le dispositif 1. qui règle le courant dans les enroulements d'excitation de la dynamo jusqu'à ce que la tension de réseau ait atteint la valeur pour laquelle on a réglé le régulateur.
Sur la Fig. 6 est représenté un dispositif pour ré- gler le nombre de révolutions d'une machine, dans lequel la force électromotrice d'une petite dynamo 1 montée sur l'ar- bre de la machine M est compensée dans le circuit de compensa- tion 0 par la différence de potentiel aux bornes d'un poten- tiomètre. Quand le nombre de révolutions de la machine est celui pour lequel on a réglé le régulateur, aucun courant ne circule dans le circuit de compensation 0. Aussitôt qu'il se produit une variation du nombre de révolutions, l'équilibre électrique se rompt et le circuit de compensation devient le siège d'un courant qui crée une différence de potentiel entre les points 1 et 2. On transmet cette différence de potentiel au système de lampes cathodiques k1 et k2 de telle manière que la tension de grille d'une lampe augmente et celle de l'autre lampe diminue.
De ce fait le circuit d'anode d'une lampe sera parcouru par un courant plus intense que le cou- rant circulant dans le circuit d'anode de l'autre lampe, et on emploie cette différence des intensités de courant, après l'avoir amplifiée convenablement dans l'amplificateur a, pour
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commander le dispositif 1 qui règle directement le nombre de révolutions de la machine M jusqu'à ce que ce nombre de ré- volutions de la machine ait atteint la valeur pour laquelle on a réglé le régulateur et jusqu'à ce que l'état d'équili- bre soit rétabli dans le circuit 0.
La petite dynamo .1 dont le nombre de révolutions doit toujours rester proportionnel à celui de la machine M elle-même peut être montée directement, comme le montre la
Fig. 6, sur l'arbre de la machine ou elle peut être commandée au moyen d'une transmission mécanique quelconque. Lorsqu'il s'agit de régler le nombre de révolutions d'une génératrice de courant alternatif, on peut aussi commander la petite dy- namo jau moyen d'un moteur électrique synchrone qui est alimenté par le générateur de courant alternatif commandé par la machine M.
Dans le dispositif représenté sur la Fig. 6 on règle le nombre de révolutions de la machine M en déplaçant le contact du potentiomètre b.
La Fig. 7 montre un dispositif analogue dans lequel on emploie au lieu du potentiomètre une pile électrique ou un accumulateur électrique W dont la force électromotrice compense une tension créée entre les points 3 et 4 d'une ré- sistance intercalée dans le circuit de la petite dynamo. On règle le nombre de révolutions de la machine en déplaçant le contact 3 sur la résistance mentionnée.
Pour commander le dispositif 1, réglant le nombre de révolutions de la machine M, au moyen du courant circu- lant dans le circuit de compensation lors de la rupture de l'é- quilibre électrique, on peut employer au lieu des lampes cathodiques un système constitué par un galvanoscope et des cellules photoélectriques. La Fig. 8 montre un tel exemple d'exécution qui correspond à celui représenté sur la Fig. 6.
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Le fonctionnement est analogue à celui du dispositif sui- vant la Fig. 5.
On peut aussi employer le procédé de réglage suivant la présente invention pour synchroniser la marche de machines.
Un tel dispositif est représenté schématiquement sur la Fig.9 et il est basé sur le principe consistant à accoupler deux petites dynamos j1 et j2, respectivement, avec deux machines
M1 et M2 dont on veut égaliser le nombre de révolutions.
Lorsque les nombres de révolutions des machines M1 et M2 et, partant, des dynamos j1 et j2 s'écartent l'un de l'autre, il se produit par suite de la. rupture de l'équilibre électrique, dans le circuit de compensation, un courant qui, après avoir été amplifié convenablement, commande le dispositif 1 d'une des machines, réglant directement le nombre de révolutions, jusqu'à ce que les nombres de révolutions des deux machines soient égalisés.
La Fig. 10 représente un dispositif qui permet de régler suivant le présent procédé la température à un en- droit Z. On compense dans le circuit de compensation 0 la tension aux bornes d'une pile thermoélectrique y par la ten- sion aux contacts du potentiomètre b. Quand la température de l'endroit Z a la valeur pour laquelle on a réglé le régula- teur, aucun courant ne circule dans le circuit de compensa- tion 0. Aussitôt que cette température subit une variation, la force électromotrice de la pile thermoélectrique y change et il circule dans le circuit 0 un courant qui crée une certaine différence de potentiel entre les points 1 et 2.
Cette différence de potentiel commande de la manière décrite ci-dessus, au moyen des lampes cathodiques k1 et k2, le dispositif 1 qui règle directement la température de l'endroit Z jusqu'à ce que cette température ait atteint la valeur pres- -
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crite et jusqu'à ce que l'état d'équilibre électrique soit rétabli complètement dans le circuit de compensation.
On règle la température de l'endroit ou corps Z, pour une valeur déterminée, en déplaçant le contact du potentiomè- tre b.
On peut remplacer dans le dispositif suivant la Fig. 10 la pile thermoélectrique décrite ci-dessus par une cellule photoélectrique f que l'on expose à l'action du rayonnement du corps Z dont on veut régler la température, comme le montre 'la Fig. 11.
On compense directement ou après une amplification convenable,dans le circuit de compensation décrit plus haut, la tension créée aux bornes 3 et 4 et on emploie le courant produit lors d'une rupture de-l'équilibre électrique pour commander l'organe 1 qui règle directement la température du corps Z. Pour commander l'organe 1 on peut aussi employer au lieu des lampes cathodiques la combinaison d'un galvanos- cope avec des cellules photoélectriques, comme l'indique schématiquement la Fig. 12 qui correspond à la Fig. 10. Le fonctionnement est analogue a celui déjà décrit pour les dispositifs suivant les Figs.5 et 8.
Dans tous les dispositifs décrits ci-dessus, pour commander l'organe 1 lors d'une rupture de l'équilibre élec- trique dans le circuit de compensation 0, on peut aussi em- ployer,au lieu des lampes cathodiques ou à remplissage ga- zeux et du galvanoscope coopérant avec des cellules photoé- lectriques, tout relais électromagnétique voulu.
Dans le circuit de compensation on peut employer comme source de tension constante, au lieu du potentiomètre b (Fig.l, 2, 5, 6, 8, 10 et 12) et de la pile ou accumulateur W (Fig. 3, 4 et 7), une pile thermoélectrique appropriée.
On a représenté sur la Fig. 1 et on a décrit à titre
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d'exemple le dispositif 1 qui règle la tension de réseau. Ce dispositif peut aussi être constitué par un servomoteur ou un électroaimant quelconque qui connecte ou déconnecte les élé- ments de résistance dans le circuit des enroulements d'excita- tion.
Pour régler le nombre de révolutions de machines électriques on peut employer le dispositif représenté sur la
Fig. 1; pour les moteurs à combustion interne on peut em- ployer, par exemple, un électroaimant qui commande la soupa- pe d'aspiration de la pompe à combustible, et pour les turbi- nes hydrauliques ou à vapeur on peut employer, par exemple, un servomoteur qui actionne les aubes de la roue directrice de la turbine hydraulique ou le fourreau qui règle la pression de l'huile dans le régulateur de la turbine à vapeur.
Le dispositif 1 suivant la Fig. 1 peut aussi être employé, par exemple, pour régler la température des fours électriques; pour les fours à induction ou à arc on peut em- ployer, par exemple, un servomoteur ou un électroaimant qui fait varier le degré de tension, et pour les fours à gaz ou à huile on peut employer un servomoteur ou un électroaimant qui commande la soupape d'admission.
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