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" Installation de réseaux de distribution
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d y 6lectri ait é.11 Cette invention se rapporte à un réseau de distribution électrique dans lequel plusieurs circuits d'éclairage ou d'énergie sont reliés à une source de courant continu à travers un mécanisme interrupteur qui sert à produire un courant alternatif dans chaque circuit ou branchement et que l'on peut ajuster de façon à régler les caractéristiques moyennes de tension et
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de puissance des divers circuits.
Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, plusieurs branchements d'éclairage cu d'énergie ayant des résistances ou impédances égale,s sont alimentés par une source àcourant continu à travers un mécanisme interrupteur, de préférence un commutateur tournant, qui produit dans chague circuit un courant alternatif.
Ce commutateur sert aussi à modifier périodiquement les connexions des branchements de sorte que chacun d'eux entre les périodes de
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court-circuit précédant le c1::ai1g0:"!911t de '3'3'.1S du courant se trouve connecté de facons différâtes .en série et en parallèle avec les autres branchements.
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Le C01Elutateur est entraîné par un moteur courant continu avec une vitesse qui varie proporticnnelle- ,-lent aux variations de potentiel se produisant aux
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bornes de la source à courant c<=-1;inu à laquelle est relié ce moteur.
Les balais positif' et négatif du
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comàutateur sont du type à étendue variable et sont réglés autenatiauer.ent,par l'action d'un régulateur convenable, de façon aune leur longueur 0 étendue efficace décroisse quand la vitesse du moteur eJ.u:,"i.l'9nte et augmente ï"..I'i1d cette vitesse du ï2ot-ur diminue.
Les connexions des circuits et la, disr3ition des cO!m;1Utat.eurs sont tels que le raccourci ssenent des balais du c:)T.1mutateur (qui se prc,1'¯i t lorsaue la vitesse du moteur augmente par suite d'un accroissement de voltage de la source ::.le courant) sert à diminuer la durée des périodes de court-circuit et de connexion en parallèle des branchements tandis que la durée des périodes de connexion en série sa trouve
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augmentée.
De même rallongement des balais du commutateur (qui se produit lorsque la vitesse du moteur diminue par suite d'une chute de voltage aux bornes de la source) a pour effet d'accroître la durée des périodes de court-circuit et de connexion en parallèle des branchements tandis que la durée des périodes de connexion en série est diminuée.En faisant varier ainsi la durée des périodes de courtcircuit aussi bien que les durées relatives des périodes de connexion en parallèle ou en série des branchements,les valeurs moyennes de la tension,de l'intensité et du wattage de chaque branchement peuvent être maintenues sensiblement constantes, dans des limites largement étendues, malgré les variations de potentiel se produisant aux bornes de la source à courant continu.
Comme les circuits d'éclairage se trouvent périodiquement court-circuités puis connectés en série ou en parallèle les uns avec les autres suivant des combinaisons variées et pendant des longueurs de temps variables, dépendant des variations de tension aux bornes de la source à courant continu,il y aura, naturellement, des fluctuations compensatrices dans les valeurs de la tension,de l'intensité et de l'énergie de chaque branchement pour chaque tour du commutateur, mais l'effet total sera le maintien à une valeur sensiblement constante des caractéristiques moyennes de voltage et de wattage de chaque circuit.
L'invention envisage aussi d'autres modes de réalisation employant le même principe de connecter
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plusieurs circuits à une source :le courant continu à travers un mécanisme interrupteur qui est régléde façon à maintenir à la valeur voulue les caractéristiques de voltage ou de wattage du courant alternatif fourni auxdits circuits. Si par exemple la- tension de la source à ccurant continu laquelle les circuits sont reliés par le mécanisme interrupteur réglable reste constante, en peut faire varier 13 réglage de l'interrupteur indépendamment de la tension aux bornes de cettesource.
Davantage de ce dispo- sitif est que l'on peut,suivant une gamme étendue, exercer un contrôle sur l'énergie fournie à l'entrée des circuits d'éclairage ou autres indépendamment du voltage que l'on peut obtenir aux bornes de la source courant continu à laquelle ces circuits sont reliés.
On peut aussi modifier les dispositions de l'intérupteur, le nombre des circuits et la façon de les connecter à travers l'interrupteur tout en conser- vant la principale caractéristique de l'invention, qui est de régler l'interrupteur pour obtenir le réglage des caractéristiques de tension et d'énergie des courants alternatifs fournis divers circuits connectés au dispositif.
Sur les dessins ci-joints:
La fig. 1 est une élévation latérale d'un mode de réalisation de commutateur qui peut être utilisé pour le réglage des tension de circuits suivant le principe nouveau de l'invention.
La fig. 2 est une coupe du disrcsitif suivant la
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La fige3 est une élévation de la partie tourLiante du commutateur.
La fig. 4 est une coupe du dispositif de la fig. 1 faite suivant la ligne 4-4 et montrant la disposition des balais frottant sur les bagues de l'élément tournant du commutateur. Certaines parties ont été supprimées pour plus de clarté.
La fig. 5 montre en détail le support du moteur entrainant la commutateur.
La fig. 6 est un schéma montrant la façon dont le commutateur est relié d'une part à la source de courant continu et d'autre part aux circuits.
Les figs. de 7 à 18 inclusivement sont des schémas montrant la suite des connexions établies entre les circuits par le commutateur pendant un tour. La longueur des balais du commutateur qui sont reliés à la source de courant continu a été représentée égale à la valeur minima qu'elle peut avoir.
Les figs. de 19 à 30 sont des doubles des figures 7 à 18, sauf en ce qu'ici les balais sont supposés avoir leur étendue maxima.
La fige 31 est un tableau montrant de quelle manière le voltage, l'ampèrage et le wattage de chaque circuit se trouvent varier par la suite des connexions représentées sur les figures 7 à 18.
La fig. 32 est un tableau montant de quelle façon l'allonge,-.lent des balais représenté sur les figures 19 à 30 fait varier la valeur de l'intensité et du wattage des circuits par comparaison avec la fig 31
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La fig. 33 montre une légère modification dans la disposition du circuit représenté sur la fig. .
Un mode de réalisation du commutateur entraîné par un moteur et convenant à cette invention est représenté sur les figures de 1 à p inclusivement.
Le moteur 5 entraine l'arbre 6 du commutateur qui est tourillonné dans des paliers à billes 7 et 8. le palier 7 est contenu dans la carcasse 9 du moteur qui est fixé à l'extrémité supérieure d'un support 10 monté sur le socle 11. Le ralier 8 est enfumé dans le carter 12 d'un support 13 Lianté sur le socle à l'extrémité opposée au support 10.
Un manchon 14 constitué en matière isolante est fixé sur l'arbre 8 contre le palier 8. Trois bagues isolées désignées par 15, 18 et 17 sont partiellement noyées dans ce manchon. Le manchon 14 porte aussi trois segments de collecteur 13, 19 et 20 partiellement noyés et qui sont séparés par des segments isolants 21 interposés entre eux. @n support 22 pour Torte-balais fixe, et 9. travers lequel s'étend le manchon 14, est monté sur le socle 11 entre les trois segments de contact et la bague 15.
Le support 22 soutient deux porte-balais 23 et 24 diamétralement opposés munis de balais 23a et 24a (comparer le figures 1 et 2). Ces balais sont pres- sés contre les segments de ccntact 18,19 et 20 et contre les segments isolants interposés 21 au moyen de dispositifs à ressort convenables 25 faisant partie des porte-balais. Les balais 23a et 24a constituent les balais fixes positif et négatif
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,avec lesquels les balais mobiles 23b et 24b positif et négatif coopèrent comme il sera expliqué plus loin.
Le balais mobile positif 23b (représenté en trait plein sur la fig. 1 et en pointillé sur la fig. 2) est fixé de façon à pouvoir glisser dans un porte-balais 26 fixé sur une bague réglable 27 pou- vant tourner. Le balai- mobile négatif 24b est fixé de même dans un porte-balai 28 fixé à la même ba- gue nais diamétralement opposé au porte-balais 26.
Chacun des balais 23b et 24b est appuyé contre les segments de contact 18,19 et 20 et contre les seg- ments isolants interposés 21 au moen d'un disposi- tif à ressort 29.
La bague de position réglable 27 est supportée de façon à pouvoir tourner par des billes anti- friction 30 interposées entre son bord extérieur et un coussinet 31 l'entourant, les billes sont main- tenues entre deux plateaux latéraux 33 fixés à leur place comme indiqué en 34. La bague 27 est aussi reliée à un régulateur 35 qui peut faire tourner cette bague dans un sens ou dans l'a,utre suivant la façon dont varie la vitesse du moteur 5.
Comme re- présenté, la liaison entre la bague et le régulateur
39 comprend un levier coudé 38 dont l'un des bras/est relié à la bague au moyen d'un joint universel 40
41 et dont l'autre bras/est relié à l'extrémité mobile
42 du régulateur par une pièce 43 qui se déplace entre des paliers à bille 44 à chacune de ses extré-
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préférence pourvus de butées coopérantes 45 et 4 pour limiter dans un sens la rotation de la bague.
En supposant que la vitesse du moteur augmente, la bague 27 tournera dans le sens indiqué par la flèche sur la fig. 2 de façon déplacer les balais mobiles positifs et négatif vars les balais fixes positif et nagétif coopérant avec eux et auxquels ils sont reliés électriquement comme il sera expliqué plus loin. Ce réglage a donc pour résultat une diminution de la longueur ou étendue efficace des dits balais rositifs et négatifs. Une diminution de la vitesse du moteur produit un effet opposé car la bague 27 est alors entraînée de façon 5. écarter les balais positifs et négatif mobiles des balais positif et négatif fixes, ce qui accroit la longueur ou étendue efficace des balais.
Le mouvement tournant de la bague dans le sens oui diminue l'étendue des balais est limité par les butées 45 et 46 qui peuvent être ajustées de fa@on à régler l'étendue minima des balais.
La liaison électrique entre les balais positifs fixe et mobile 23a et 23b comprend deux plateaux conducteurs 47 et 48 fixés sur les côtés opposés du support du porte-balai fixe. Le plateau 47 est du
22 coté du support/opposé au porte-balai 23 auquelledit plateau est électriquement relié par les vis de fixation 49 du pc-te-balai. L'autre plateau 48 est relié électriquement au plateau 47 par la vis de fixation 50 et est aussi en prise avec un contact frottant 51 fixé sur le porte-ba ai 26 du balai mobile
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est prévue entre les balais négatifs fixe et mobile 24a et 24b.
Chacun des segments de collecteur 18,19 et 20 est relié à l'une des bagues 16,16 et 17.' Ces connexions peuvent être faites comme indiqué sur la fig. 3 suivant laquelle le segment 18 est représenté comme relié à la bague 15 par une bande conductrice 52, les autres segments 19 et 20 étant reliés respectivement aux bagues 16 et 17 par les bandes conductrices 53 et 54.
Les bagues 15, 16 et 17 sont respectivement en contact avec les balais 55, 56 et 57 montés dans (les porte-balais convenables 58,59 et 60 munis de dispositifs à ressort 61 puur maintenir les balais contre les bagues, lesdits porte-balais étant également munis de bornes 62,63 et 64.
La façon dont le commutateur est connecté à la source de courant continu et au branchement d'éclairage est représenté schématiquement sur la fig. 6.
Comme cela est montÉé, les deux balais positifs 23a et 23b sont connectés, au moyen du conducteur 66 et du commutateur 67 avec la borne positive 68 et la source de courant continu représentée ici par une batterie 69 et un générateur shunt 70 'qui la charge.'
Les balais négatifs reliés électriquement 24a et 24b sont connectés, au moyen du conducteur 71 et du commutateur 67 avec la borne négative 72 de la source de courant continu. Les segments de collecteur 18,19 et 20 sont reliés respectivement au moyen des conducteurs 52,53 et 54 avec les bagues 16, 16 et 17. Voici maintenant comment sont faites les connexions des
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circuits d'éclairage indiquas par A, B et C.
Une extrémité du circuit A est reliée au segment de collecteur 18 au moyen du conducteur
25 73, de la bague/et du balai 55 et du conducteur 52; l'autre côté du même circuit est relié au segment 19 par le conducteur 74, le balai 5, la bague 16 et le conducteur 53.
Une extrémité du circuit B est reliée au segment 19 par le conducteur 74, le balaies 5, la bague 16 et le conducteur 53; l'autre extrémité est reliée au segment 20 au moyen du conducteur 75, du balai 57, de la bague 17 et du conducteur 54.
Une extrémité du circuit restant 0 est reliée au segment 13 par le conducteur 73, le balai 55, la bague 15 et le conducteur 52; l'autre côté étant relié au segment 20, au moyen du conducteur 75, du balai 57, de la bague 17 et du conducteur 54,
Le moteur 5 qui entraine l'arbre 6 du commuta- teur est aussi relié aux bornes de la source de courant continu par les conducteurs représentés en 5a et 5b sur la fig. 6. Le réglage de la tension est obtenu en ajustant l'étendue des balais positif- et négatif en contact avec les segments de collecteur auxquel les circuits A, B et 0 sont reliés; le fonc- tionnement en sera mixeux expliqué en se reportant aux schémas des figures 7 à 30 et aux tableaux des figures 31 et 32. Pour ces explications, il doit être bien compris-.
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1 / la résistance de chacun des circuits A,B et C est de 5 ohms,
2 / une tension de 10 volts est mise sur les balais positif et négatif par la source de courant continu qui pour éviter les répétitions inutiles n'a été représentée que sur la fig. 7.
3 / l'étendue minima des dits balais positif et négatif est représentéesur les figs. 7 à 18 tandis que l'étendue maxima est représentée sur les figures 19 à 30.
4 /Le signe conventionnel 0 marqué près d'un circuit, et le mot shunt sur les tableaux indique que le circuit correspondant est court-circuité.
5 / le signe conventionnel consistant en une flèche barrée appliqué à un circuit montre que celui-ci est connecté en série avec un des autres qui est identifié par la même marque conventionnelle, la direction du courant étant celle indiquée par la pointe de la flèche.
6 / le signe conventionnel consistant en une flèche simple associée à un circuit indique que ce dernier est ralié en parallèle avec un des autres ou avec les deux.
7 / pour avoir une représentation plus facile, les segments ,18,19 et 20 ont été représentés fixes, tandis que les balais positif et négatif en contact avec eux ont été représentés comme se déplaçant par rapport auxdits segments.
Sur la fig. 7 le balai positif relie les
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segments de collecteur 18 et 19 tandis que le balai négatif est en ccntact avec le segment 20. Aini le circuit A est court-circuité tandis que les circuits B et 0 sont reliés en pa,rallèle l'un'avec l'autre.
Comme cela 6 été indiqué sur la colonne B de la fig. 31, ces couditions restent les mêmes pendant le temps correspondant à 4 d'un.-@ tour ccmplet des balais. (En pratique cela correspondrait à 4 d'un tour complet des segments tournants représentes sur les figures 1 à 6). Il s'ensuit que, comme représente dans les colonnes D et E de la fig. 31, la di "féren- ce de potentiel sur chacun des circuits B et C est de 10 volts ce aui produit un courant de deux ampères et un wattage égal à 80. La position suivante des balais est représentée sur la fige 8. Les connexions 4tablies µ, présent vont persister pendant une durée correspondant à 56 d'un tour complet des balais.
Dans ce cas, les circuits A et B sont reliés en série l'un avec l'autre et en parallèle avec le circuit 0, les changements résultant dans le voltage, l'ampèrage et le wattage des circuits sont indiqués dans les colonnes E et D de la fig. 31.
Les connexions des circuits établies ensuite par les balais pendant qu'ils terminent un tour complet sont clairement indiquées sur les figures 9 à 18 et seront résumées brièvement cernée suit : sur la fig. 9, le circuit B est court-circuits tandis que les circuits A et 0 sont reliés en parallèle l'un avec :.'autre:
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dans la fig. 10 les circuits B et C sont reliés en série l'un avec l'autre et en parallèle avec le circuit A: sur la fig. 11 le circuit C est courtcircuité alors que les circuits A et B sont reliés en parallèle l'un avec ?.'autre; sur la fig. 12 les circuits A et C sont reliés en série l'un avec l'au- tre et en parallèle avec le circuit B :
surla fig.13 le circuit A est de nouveau court-circuité tandis que les circuits B et C sont reliés en parallèle hun avec l'autre: sur la fig. 14 les circuits A et B sont de nouveau reliés en série l'un avec loutre et mis en parallèle avec le circuit 0: sur la fig. 15 le circuit B est de nouveau court-circuité tandis que les circuits A et C sont reliés en parallèle l'un avec l'autre: sur la fig. 16 les circuits B et C sont -de nouveau reliés en série l'un avec l'autre et en parallèle avec le circuit A: sur la fig. 17 le circuit 0 est de nouveau court-circuité tandis que les circuits A et B sont montés en série l'un avec l'autre; sur la fig. 18 les circuits A et 0 sont de nouveau reliés en série l'un avec l'autre et en parallèle avec le circuit B.
La façon dont varient les valeurs du voltage,de l'ampètage et du battage des circuits ainsi que l'étendue de cette variation se font conformément aux combinaisons de connexion indiquées ci-dessus et comme il est inscrit sous les en-têtes appropriés des colonnes D et E de la fig. 31. En examinant les chiffres et indications de ces colonnes en même temps que les figs.
7 à 18, on constatera que pour chaque tour complet des balais , chaque circuit est court-circuité pendant une période de temps totale correspondant
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à 8 ci/un tour des balais. Il est connecte en parallèle pendant une période de temps totale correspondant à 128 et en série pendant .,.ne période de temps totale
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oOl'")resI':-:l':3.- . ;24 . C:'3 un'= ici?c= lC':'(';'..ct5-CG constante de 1C volts e t r:i¯? ':r le? ¯'I.,ßc. 0: COr!!*9 la r?3gtG (.9 de chaque circuit est ¯s chns, il en résulte nue la différence de 0tiel T':i'n sur chaque circuit cera, 0 pour # ; 5 volts pour 2=' et 1C volts pour 1- et nue 'C'.'13-^.j- - variera en cort SG::1.1J¯':?l"'lCe.
Lorsque 1-:;", balais positif et négatif sont r,llcmgés pour atteindra leur étendue maxima, C('llliie O3pr;s5nt6 sur les figs. 19 8. 0, la suite dee r::o:l'3 de connexion reste la r#êr:e que ce?.1; 3.:::Minuà sur le'? figes. 7 Z 1 l.
Hais la durée den périodes de connexion on sri9 de chaque circuit est diminuée tandis que la. dure des périodes de aise en court-circuit et de connexion et¯
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parallèle est à-dentée. Le résultat de ceci par rapport aux Var.'.atins apportées aUE caractéristiques de voltage et de '.:' -r^ - . de cez ci- uiis rs":;or-s 3/une CS':1;arc,iË('ll des tableaux faisant l 'obj#:1; ':1.:.s figs. Il et 32.
Cette CCïi'ar ai ¯Cn r.lcll tra clairement eue lorsque le voltage mis aux bernes de# balais reste constant les valeurs de voltage et de wattage du circuit peuvent
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subir des variations i'suviron c j pour 18 variation maxina ds l'étendue des dits balais ps;:
>nis9 par le dispositif de réglage.
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pour atteindre le but Que se r.rcrc-cn la présente invention, l'effet régulateur den circuits
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provenant du réglage de l'étendue des balais est réalisé pour maintenir sensiblement constantes les caractéristiques de voltage et de wattage des circuits et cela dans de grandes limites des variations auxquel- les on peut s'attendre pour le potentiel existant aux bornes de la source de courant continu dans les conditions existantes de service.
Ce résultat est atteint au moyen du régulateur du moteur décrit précédemment qui déplace automatiquement les balais mobiles de façon que la durée des périodes de court-circuit,de mise en série ou en parallèle des circuits, varie en fonction des changements de potentiel de la source de courant continu de façon à maintenir le voltage de chaque circuit à une valeur constante prédéterminée qui peut être sensiblement inférieure ou supérieure à la valeur maxima du voltage de la source à courant continu subissant des fluctuations. On constatera alors que le dispositif régulateur de voltage suivant la présente invention peut agir pour den variations se produisant dans des limites étendues, soit audessus, soit au-dessous du voltage normal de la dite source.
En ce qui conceroe la réalisation matérielle du commutateur, on comprendra que la longueur des segments 18,19 et 20 et des segments isolants interposés 21, aussi bien que le minimum et le maximum d'étendue des balais réglables sont des facteurs variables qui peuvent être déterminés pour s'adapter aux installations dans chaque cas particulier, il est néanmoins important
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que l'étendue minima des balais soit un peu plus grande que l'intervalle entre deux segments adjacents.
On comprendra aussi que dans l'application du principe de cette invention, on puisse faire varier le nombre des segments du commutateur ainsi que celui des circuits contrôlés.
Sur la fig. 33, on a représenta une légère modification dans laquelle des autotransformateurs, représentés en T, T', T", sont respectivement montés dans les circuits d'éclairage A, B et 0 pour élever les voltages des dits circuits par rapport au voltage des balais. On pourrait aussi au lieu des autotrans- formateurs représentés utiliser des transformateurs comprenant un circuit primaire et un circuit secondaire séparésagissant l'un sur ?¯'autre comme d'habitude par un flux magnétique alternatif.
Sur les figs. 7 à 32, on a montré que lorsqu'on utilise une source de courant continu à voltage constant, l'énergie envoyée pouvait être diminuée ou augmentée en raccourcissant ou allongeant l'étendue efficace des balais positif et négatif . On comprend par suite qu'en réglant l'étendue des balais indé- pendamment du voltage existant aux bornes de la source, un contrôle dans des limites étendues puisse être exercé sur l'énergie fournie aux circuits d'éclairage.
Afin de supprimer ou de diminuer les étincelles entre les segments de collecteur et les balais en contact avec eux dans le contrôleur des circuits, lorsqu'il s'agit de courants de grande intensité,
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il a été proposé d'enclore l'ensemble montré fig, 1 dans un carter étanche aux gaz 11a rempli d'air ou de gaz sous une pression convenable.
Dans ce cas, les conducteurs allant à, la batterie au circuit seront reliés par l'intermédiaire de bornes traversant d'une façon étanche le socle 11.
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REVI,P-%IDI CA'f IONS
Ayant ainsi décrit mon invention et me réservant d'y apporter tous perfectionnements ou toutes modifications qui me paraitraient nécessaires, je revendique cornue ma propriété exclusive et privative:
1 - Réseau électrique de distribution caractérisé par le fait nue plusieurs branchements de distribution sont reliés à une source de courant continu par l'intermédiaire d'un ccmmutateur qui sert à produire dans chacun de ces branchements un courant alternatif, ce commutateur étant réglable pour permettre de déterminer les caractéristiques de voltage et de wattage des divers circuits.
2 - Réseau électrique comme revendiqué en 1 caractérisé par le fait que le commutateur est réglé automatiquement d'après les variations du voltage aux bornes de la source de courant continu et qu'il'sert à maintenir approximativement constantes les caractéristiques de voltage et de wattage des divers circuits.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Installation of distribution networks
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This invention relates to an electrical distribution network in which several lighting or power circuits are connected to a source of direct current through a switch mechanism which serves to produce an alternating current in each circuit. or connection and that can be adjusted to adjust the average voltage characteristics and
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power of the various circuits.
According to a preferred embodiment of the invention, several lighting connections cu of energy having equal resistances or impedances, s are supplied by a direct current source through a switch mechanism, preferably a rotary switch, which produces in Each circuit has an alternating current.
This switch is also used to periodically modify the connections of the branches so that each of them between periods of
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short-circuit preceding c1 :: ai1g0: "! 911t of '3'3'.1S of the current is connected in different ways. in series and in parallel with the other connections.
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The C01 Elutator is driven by a direct current motor with a speed that varies proportional-, -slow to the potential variations occurring at the
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terminals of the current source c <= - 1; inu to which this motor is connected.
The positive and negative brushes of the
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switches are of the variable range type and are automatically adjusted, by the action of a suitable regulator, so that their effective extended length decreases when the engine speed eJ.u:, "i.l'9nte and the speed of the motor decreases.
The connections of the circuits and the disr3ition of the motors are such that the shortcut is the brushes of the motor:) T.1mutator (which occurs when the speed of the motor increases as a result of an increase in the voltage of the source ::. the current) serves to reduce the duration of the periods of short-circuit and of parallel connection of the connections while the duration of the periods of series connection is found
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increased.
Similarly, lengthening the switch brushes (which occurs when the motor speed decreases due to a drop in voltage across the source) has the effect of increasing the duration of the short-circuit and parallel connection periods. connections while the duration of the periods of connection in series is reduced, thus varying the duration of the short-circuit periods as well as the relative durations of the periods of connection in parallel or in series of the connections, the average values of the voltage, the intensity and the wattage of each branch can be kept substantially constant, within widely extended limits, despite the variations in potential occurring at the terminals of the direct current source.
As the lighting circuits are periodically short-circuited and then connected in series or in parallel with each other in various combinations and for varying lengths of time, depending on the voltage variations at the terminals of the direct current source, there will, of course, be compensating fluctuations in the values of voltage, current and energy of each branch for each turn of the switch, but the total effect will be the maintenance at a substantially constant value of the average characteristics voltage and wattage of each circuit.
The invention also contemplates other embodiments employing the same principle of connecting
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several circuits at one source: the direct current through a switch mechanism which is regulated so as to maintain at the desired value the voltage or wattage characteristics of the alternating current supplied to said circuits. If, for example, the voltage of the DC source to which the circuits are connected by the adjustable switch mechanism remains constant, the setting of the switch can be varied independently of the voltage at the terminals of this source.
More of this device is that one can, according to an extended range, exert a control on the energy supplied to the input of the lighting circuits or others independently of the voltage which one can obtain at the terminals of the. direct current source to which these circuits are connected.
It is also possible to modify the arrangements of the switch, the number of circuits and the way of connecting them through the switch while retaining the main characteristic of the invention, which is to adjust the switch to obtain the setting. voltage and energy characteristics of the alternating currents supplied to various circuits connected to the device.
On the attached drawings:
Fig. 1 is a side elevation of an embodiment of a switch which can be used for adjusting the voltages of circuits according to the novel principle of the invention.
Fig. 2 is a cross section of the circuit along the
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Fig3 is an elevation of the rotating part of the switch.
Fig. 4 is a section through the device of FIG. 1 taken along line 4-4 and showing the arrangement of the brushes rubbing on the rings of the rotating element of the commutator. Some parts have been deleted for clarity.
Fig. 5 shows in detail the motor support driving the switch.
Fig. 6 is a diagram showing the way in which the switch is connected on the one hand to the direct current source and on the other hand to the circuits.
Figs. from 7 to 18 inclusive are diagrams showing the sequence of connections made between circuits by the switch during a turn. The length of the switch brushes which are connected to the direct current source has been shown equal to the minimum value that it can have.
Figs. 19-30 are duplicates of Figures 7-18, except that here the brushes are assumed to have their maximum extent.
Fig. 31 is a table showing how the voltage, amperage and wattage of each circuit are found to vary following the connections shown in Figures 7-18.
Fig. 32 is a table showing how the slow extension of the brushes shown in figures 19 to 30 varies the value of the intensity and wattage of the circuits in comparison with fig 31
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Fig. 33 shows a slight modification in the arrangement of the circuit shown in FIG. .
One embodiment of the motor driven switch suitable for this invention is shown in Figures 1 through p inclusive.
The motor 5 drives the switch shaft 6 which is journalled in ball bearings 7 and 8. the bearing 7 is contained in the frame 9 of the motor which is fixed to the upper end of a support 10 mounted on the base 11. The staircase 8 is smoked in the casing 12 of a support 13 Bonded to the base at the end opposite to the support 10.
A sleeve 14 made of insulating material is fixed on the shaft 8 against the bearing 8. Three isolated rings designated by 15, 18 and 17 are partially embedded in this sleeve. The sleeve 14 also carries three manifold segments 13, 19 and 20 partially embedded and which are separated by insulating segments 21 interposed between them. @n support 22 for the fixed brush holder, and 9 through which the sleeve 14 extends, is mounted on the base 11 between the three contact segments and the ring 15.
The support 22 supports two diametrically opposed brush holders 23 and 24 provided with brushes 23a and 24a (compare Figures 1 and 2). These brushes are pressed against the contact segments 18, 19 and 20 and against the interposed insulating segments 21 by means of suitable spring devices 25 forming part of the brush holders. The brushes 23a and 24a constitute the positive and negative fixed brushes
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, with which the positive and negative moving brushes 23b and 24b cooperate as will be explained below.
The positive movable brush 23b (shown in solid lines in Fig. 1 and in dotted lines in Fig. 2) is fixed so as to be able to slide in a brush holder 26 fixed on an adjustable ring 27 which can rotate. The negative mobile brush 24b is fixed in the same way in a brush holder 28 fixed to the same brush holder diametrically opposed to the brush holder 26.
Each of the brushes 23b and 24b is pressed against the contact segments 18, 19 and 20 and against the interposed insulating segments 21 by means of a spring device 29.
The adjustable position ring 27 is supported so as to be able to rotate by anti-friction balls 30 interposed between its outer edge and a pad 31 surrounding it, the balls are held between two side plates 33 fixed in their place as indicated. at 34. The ring 27 is also connected to a regulator 35 which can rotate this ring in one direction or in the other depending on the way in which the speed of the motor 5 varies.
As shown, the connection between the ring and the regulator
39 comprises an angled lever 38, one of the arms / is connected to the ring by means of a universal joint 40
41 and whose other arm / is connected to the movable end
42 of the regulator by a part 43 which moves between ball bearings 44 at each of its ends.
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preferably provided with cooperating stops 45 and 4 to limit the rotation of the ring in one direction.
Assuming that the motor speed increases, the ring 27 will rotate in the direction indicated by the arrow in fig. 2 so as to move the positive and negative mobile brushes vars the positive and nagetive fixed brushes cooperating with them and to which they are electrically connected as will be explained later. This adjustment therefore results in a reduction in the effective length or extent of said positive and negative brushes. A decrease in motor speed produces the opposite effect as the ring 27 is then driven to move the movable positive and negative brushes away from the fixed positive and negative brushes, thereby increasing the effective length or extent of the brushes.
The rotating movement of the ring in the direction yes decreases the extent of the brushes is limited by the stops 45 and 46 which can be adjusted so as to adjust the minimum extent of the brushes.
The electrical connection between the fixed and mobile positive brushes 23a and 23b comprises two conductive plates 47 and 48 fixed on the opposite sides of the support of the fixed brush holder. Plate 47 is from
22 side of the support / opposite to the brush holder 23 auquell Said plate is electrically connected by the fixing screws 49 of the pc-te-brush. The other plate 48 is electrically connected to the plate 47 by the fixing screw 50 and is also in engagement with a rubbing contact 51 fixed on the ba holder ai 26 of the mobile brush.
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is provided between the fixed and mobile negative brushes 24a and 24b.
Each of the manifold segments 18,19 and 20 is connected to one of the rings 16,16 and 17. ' These connections can be made as shown in fig. 3 according to which the segment 18 is shown as connected to the ring 15 by a conductive strip 52, the other segments 19 and 20 being respectively connected to the rings 16 and 17 by the conductive strips 53 and 54.
The rings 15, 16 and 17 are respectively in contact with the brushes 55, 56 and 57 mounted in (the suitable brush holders 58, 59 and 60 provided with spring devices 61 to hold the brushes against the rings, said brush holders also being provided with terminals 62, 63 and 64.
The way in which the switch is connected to the direct current source and to the lighting connection is shown schematically in fig. 6.
As mounted, the two positive brushes 23a and 23b are connected, by means of the conductor 66 and the switch 67 with the positive terminal 68 and the direct current source represented here by a battery 69 and a shunt generator 70 'which charges it. . '
The electrically connected negative brushes 24a and 24b are connected, by means of the conductor 71 and the switch 67 with the negative terminal 72 of the direct current source. The collector segments 18,19 and 20 are connected respectively by means of the conductors 52,53 and 54 with the rings 16, 16 and 17. Here is now how the connections of the
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lighting circuits indicated by A, B and C.
One end of circuit A is connected to the collector segment 18 by means of the conductor
25 73, of the ring / and of the brush 55 and of the conductor 52; the other side of the same circuit is connected to segment 19 by conductor 74, brush 5, ring 16 and conductor 53.
One end of circuit B is connected to segment 19 by conductor 74, brushes 5, ring 16 and conductor 53; the other end is connected to segment 20 by means of conductor 75, brush 57, ring 17 and conductor 54.
One end of the remaining circuit 0 is connected to segment 13 by conductor 73, brush 55, ring 15 and conductor 52; the other side being connected to segment 20, by means of conductor 75, brush 57, ring 17 and conductor 54,
The motor 5 which drives the shaft 6 of the switch is also connected to the terminals of the direct current source by the conductors shown at 5a and 5b in FIG. 6. Voltage adjustment is achieved by adjusting the extent of the positive- and negative brushes in contact with the collector segments to which circuits A, B and 0 are connected; the operation will be explained with reference to the diagrams of Figures 7 to 30 and to the tables of Figures 31 and 32. For these explanations, it must be understood.
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1 / the resistance of each of the circuits A, B and C is 5 ohms,
2 / a voltage of 10 volts is put on the positive and negative brushes by the direct current source which, in order to avoid unnecessary repetitions, has only been shown in FIG. 7.
3 / the minimum extent of said positive and negative brushes is represented in figs. 7 to 18 while the maximum range is shown in Figures 19 to 30.
4 / The conventional sign 0 marked near a circuit, and the word shunt on the tables indicates that the corresponding circuit is short-circuited.
5 / the conventional sign consisting of a crossed out arrow applied to a circuit shows that the latter is connected in series with one of the others which is identified by the same conventional mark, the direction of the current being that indicated by the tip of the arrow.
6 / the conventional sign consisting of a single arrow associated with a circuit indicates that the latter is linked in parallel with one of the others or with both.
7 / to have an easier representation, the segments, 18, 19 and 20 have been shown fixed, while the positive and negative brushes in contact with them have been shown as moving relative to said segments.
In fig. 7 the positive brush connects the
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collector segments 18 and 19 while the negative brush is in contact with segment 20. As a result circuit A is shorted while circuits B and 0 are connected in pa, re-aligns with each other.
As indicated on column B of FIG. 31, these bends remain the same for the time corresponding to 4 of a full turn of the brushes. (In practice this would correspond to 4 of a full turn of the rotating segments shown in Figures 1 to 6). It follows that, as shown in columns D and E of FIG. 31, the potential difference on each of circuits B and C is 10 volts which produces a current of two amps and a wattage equal to 80. The following position of the brushes is shown in fig 8. The connections 4 established µ, present will persist for a period corresponding to 56 of a complete turn of the brushes.
In this case, circuits A and B are connected in series with each other and in parallel with circuit 0, the resulting changes in voltage, amperage and wattage of the circuits are shown in columns E and D of fig. 31.
The circuit connections then made by the brushes as they complete a full turn are clearly shown in Figures 9 to 18 and will be briefly summarized as follows: in fig. 9, circuit B is short-circuited while circuits A and 0 are connected in parallel with one another:. 'Other:
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in fig. 10 circuits B and C are connected in series with each other and in parallel with circuit A: in fig. 11 circuit C is short-circuited while circuits A and B are connected in parallel with each other; in fig. 12 circuits A and C are connected in series with each other and in parallel with circuit B:
in fig. 13 circuit A is short-circuited again while circuits B and C are connected in parallel with each other: in fig. 14 circuits A and B are again connected in series with one otter and put in parallel with circuit 0: in fig. 15 circuit B is again short-circuited while circuits A and C are connected in parallel with each other: in fig. 16 circuits B and C are again connected in series with each other and in parallel with circuit A: in fig. 17 circuit 0 is short-circuited again while circuits A and B are connected in series with each other; in fig. 18 circuits A and 0 are again connected in series with each other and in parallel with circuit B.
The way in which the voltage, amperage and driving values of the circuits vary and the extent of this variation is done in accordance with the connection combinations given above and as listed under the appropriate column headings. D and E of fig. 31. By examining the figures and indications of these columns together with figs.
7 to 18, it will be seen that for each complete revolution of the brushes, each circuit is short-circuited for a corresponding total period of time
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at 8 ci / one turn of the brushes. It is connected in parallel for a total period of time corresponding to 128 and in series for.,. A total period of time
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oOl '") resI': -: l ': 3.-.; 24. C:' 3 un '= here? c = lC': '('; '.. ct5-CG constant of 1C volts etr: i ¯? ': R the? ¯'I., Ssc. 0: COr !! * 9 the r? 3gtG (.9 of each circuit is ¯s chns, it results in the difference of 0tiel T': i'n on each circuit cera, 0 for #; 5 volts for 2 = 'and 1C volts for 1- and bare' C '.' 13 - ^. j- - will vary in cort SG :: 1.1J¯ ':? l "' This.
When 1- :; ", positive and negative brushes are r, llcmgés to reach their maximum extent, C ('llliie O3pr; s5nt6 in figs. 19 8. 0, the continuation ofe r :: o: the connection 3 remains the r # êr: e that this? .1; 3.:::Minuà on the '? figes. 7 Z 1 l.
But the duration of connection periods on sri9 of each circuit is reduced while the. lasts periods of ease in short-circuiting and connection and ¯
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parallel is to-toothed. The result of this with respect to Var. '. Atins brought voltage and'.: '-R ^ - characteristics. de cez ci- uiis rs ":; or-s 3 / a CS ': 1; arc, iË (' ll of the tables making the obj #: 1; ': 1.:. s figs. Il and 32.
This CCïi'ar ai ¯Cn r.lcll will clearly be seen when the voltage set to the brushes stays constant the voltage and wattage values of the circuit can
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undergo variations i'suviron c j for 18 maximum variation ds the extent of said brushes ps ;:
> nis9 by the adjusting device.
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to achieve the goal of the present invention, the regulating effect of circuits
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from the adjustment of the range of the brushes is carried out to maintain substantially constant the voltage and wattage characteristics of the circuits and this within wide limits of the variations which can be expected for the potential existing at the terminals of the source of direct current under existing operating conditions.
This result is achieved by means of the regulator of the motor described above which automatically moves the moving brushes so that the duration of the periods of short-circuit, of putting in series or in parallel of the circuits, varies according to the changes of potential of the source. direct current so as to maintain the voltage of each circuit at a predetermined constant value which may be substantially lower or higher than the maximum value of the voltage of the fluctuating direct current source. It will then be seen that the voltage regulator device according to the present invention can act for variations occurring within wide limits, either above or below the normal voltage of said source.
With regard to the material embodiment of the switch, it will be understood that the length of the segments 18, 19 and 20 and of the interposed insulating segments 21, as well as the minimum and the maximum extent of the adjustable brushes are variable factors which can be determined to adapt to the installations in each particular case, it is nevertheless important
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that the minimum extent of the brushes is a little greater than the interval between two adjacent segments.
It will also be understood that in applying the principle of this invention, it is possible to vary the number of segments of the switch as well as that of the circuits controlled.
In fig. 33, a slight modification has been shown in which autotransformers, represented by T, T ', T ", are respectively mounted in the lighting circuits A, B and 0 to raise the voltages of said circuits with respect to the voltage of the brushes Alternatively, instead of the autotransformers shown, use could be made of transformers comprising a separate primary and secondary circuit acting on each other as usual by an alternating magnetic flux.
In figs. 7-32, it has been shown that when using a constant voltage direct current source, the energy sent can be decreased or increased by shortening or lengthening the effective range of the positive and negative brushes. It will therefore be understood that by adjusting the extent of the brushes independently of the voltage existing at the terminals of the source, a control within wide limits can be exerted on the energy supplied to the lighting circuits.
In order to suppress or reduce the sparks between the collector segments and the brushes in contact with them in the circuit controller, when it comes to currents of great intensity,
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it has been proposed to enclose the assembly shown in fig, 1 in a gas-tight casing 11a filled with air or gas at a suitable pressure.
In this case, the conductors going to the battery to the circuit will be connected by means of terminals passing through the base 11 in a sealed manner.
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REVI, P-% IDI CA'f IONS
Having thus described my invention and reserving the right to make any improvements or modifications that seem necessary to me, I claim my exclusive and private property:
1 - Electrical distribution network characterized by the fact that several distribution connections are connected to a direct current source by means of a switch which is used to produce in each of these connections an alternating current, this switch being adjustable to allow determine the voltage and wattage characteristics of various circuits.
2 - Electrical network as claimed in 1, characterized in that the switch is set automatically according to the variations in the voltage at the terminals of the direct current source and that it is used to keep the voltage and wattage characteristics approximately constant of the various circuits.
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