<Desc/Clms Page number 1>
Perfectionnements au système de réduction de la fréquence.
La présente invention est relative à des systèmes de réduction de la fréquence et plus particulièrement aux systèmes dans lesquels on utilise un élément d'impédance non-linéaire dans un circuit résonant de telle sorte qu'il ne soit pas nécessaire d'avoir des organes en mouvement pour obtenir le résultat escompté.
Un système de cette espéce consiste essentiellement en un circuit résonant comprenant un élément d'impédance non- linéaire et accordé sur une fréquence fondamentale inférieure à la fréquence du courant d'alimentation. Si un courant alternatif à la fréquence fondamentale ou fréquence de résonance parcourt ce circuit et produit une tension harmonique induite ainsi qu'un courant harmonique et si cette tension ou ce courant est introduit
<Desc/Clms Page number 2>
dans le circuit résonant, un courant à la fréquence fondamentale pourra être maintenu. Il est cependant nécessaire d'envoyer en premier lieu le courant à la fréquence fondamentale dans le cir- cuit résonant, de plus si la charge de,ce circuit dépasse une certaine valeur, le courant à la fréquence fondamentale cesse brusquement et il faut' recommencer l'opération.
L'objet principal de l'invention est d'accroître la facilité de faire nattre un courant à la fréquence fondamentale dans le circuit résonant et d'augmenter la stabilité du circuit de telle sorte que des variations de l'impédance du circuit d'uti- lisation n'aient pas tendance à faire cesser brusquement le courant à fréquence fondamentale dans le circuit résonant.
Le terme "courant à fréquence fondamentale" qui est utilisé dans le présent exposé signifie courant ayant la même fréquence que la fréquence de résonance du système réducteur.
Le terme "harmonique" se rapporte à un multiple de la fréquence fondamentale et il y a évidemment d'autres harmoniques à c8té de celle représentée par la fréquence du réseau d'alimentation.
Il existe différentes méthodes permettant de faire naître un courant à la fréquence fondamentale dans le circuit résonant, la plupart d'entre elles provoquent une tension momentanée d'am- plitude suffisante pour faire nattre un courant à la fréquence fondamentale dans le circuit résonant. Par exemple, le condensa- teur du circuit résonant peut être chargé à la tension du réseau d'alimentation et déchargé ensuite dans le circuit résonant ou alternativement de l'énergie peut être emmagasinée dans le champ magnétique de la self et déchargée ensuite dans le circuit résmant.
Dans toutes ces méthodes, l'amplitude de la tension mo- mentanée de mise en service ou le courant produit dans le circuit résonant est une fonction des caractéristiques des éléments du circuit et de la tension du réseau d'alimentation. La facilité de faire naître un courant à fréquence fondamentale est aussi une
<Desc/Clms Page number 3>
fonction des caractéristiques des éléments constituants et de la tension appliquée à ceux-ci.
De même, le débit et la stabilité du circuit sont fonc- tion de la grandeur relative des éléments du circuit et de la dans tension du réseau d'alimentation, mais/bien des cas les valeurs relatives des éléments du circuit les plus favorables du point de vue de la stabilité et du débit ne sont pas les valeurs les meil- leures du point de vue de la mise en service.
Dans ces conditions, il faut faire un choix des valeurs des éléments du circuit, ce qui n'est qu'un compromis, ou bien il faut concevoir une disposition du circuit telle que les valeurs des éléments du circuit seront différentes au moment de la mise en service et en régime,
Suivant l'invention, une disposition est prévue pour la mise en service de manière que la grandeur de la tension momen- tanée de mise en service puisse être réglée indépendamment des valeurs relatives des éléments du circuit résonant. Les valeurs des éléments du circuit résonant peuvent donc être réglées de manière à garantir la plus grande stabilité et le débit le plus élevé tout en permettant de régler la tension ou le courant momen- tané de mise en service pour qu'il ait sa valeur maximum.
On peut donc donner leurs valeurs optima au courant fondamental de mise en service et au débit tout en maintenant la stabilité du système.
La tendance du courant fondamental à s'arrêter brusque- ment quand on atteint la charge critique peut être évitée ou réduite considérablement en connectant une impédance dans le circuit d'utilisation en série avec la charge, de telle sorte que la tension de débit diminue beaucoup plus vite lorsque la charge augmente. Cette diminution rapide, qui n'est pas désirable en elle-même, peut être évitée jusqu'à un certain point en shun- tant l'impédance jusqu'à ce qu'une charge déterminée soit intro- duite dans le circuit, en ce moment l'impédance est insérée dans
<Desc/Clms Page number 4>
celui-ci.
En alternative, on peut connecter une impédance capa- citive en série dans le circuit d'utilisation pour augmenter la stabilité de ce circuit et en même temps pour augmenter la diffé- rence de potentiel effective introduite en série dans celui-ci, ceci tend à maintenir la tension dtutilisation plus constante aux différentes charges.
L'invention sera mieux comprise par la description qui va suivre de plusieurs applications qui seront étudiées en se référant aux plans annexés comprenant les fig, 1 - 3, Parmi celles- ci la fig, 1 représente un dispositif réducteur de fréquence dans .lequel on a incorporé la disposition perfectionnée pour la mise en service; la fig. 2 représente un dispositif de mise en service légèrement modifié dans lequel on utilise de plus une impédance additionnelle stabilisatrice; la fig. 3 représente un autre dispositif modifié dans lequel on a employé une impédance capacitive stabilisatrice.
En se reportant à la fig, 1 on peut voir que le cir- cuit résonant comprend une self saturable 11 et un condensateur 12 connectés ensemble au moyen d'un transformateur 13. Ce circuit résonant est connecté à une source 10 de courant alternatif par l'intermédiaire d'un organe de protection, un fusible par exemple et d'un commutateur ou dispositif 25 de fermeture et d'ouverture du circuit. La source 10 peut être ou peut comprendre un généra- . teur, un transformateur, une ligne ou un réseau de distribution d'énergie quelconque, capable de fournir la puissance nécessaire au fonctionnement du système à une fréquence convenable. Un en- roulement de sortie 14 est enroulé sur le transformateur 13 et connecté au circuit d'utilisation 18.
Les constantes de la self 11, du condensateur 12, du transformateur 13 et plus particulièrement de la prise 17 à l'en- roulement 15 du transformateur sont choisies de telle sorte que
<Desc/Clms Page number 5>
le circuit puisse résoner pour une fréquence telle que la fré- quence du réseau d'alimentation soit une harmonique de cette fré- quence de résonance. Si on fait naître un courant à la fréquence fondamentale dans ce circuit résonant il pourra être maintenu à moins que la charge ne devienne trop forte ou que le courant d'ali- mentation vienne à manquer.
Comme on l'a dit ci-dessus il existe différentes métho- des pour faire nattre un courant à la fréquence fondamentale dans ce circuit résonant et dans la plupart de ceux-ci une tension mo- mentanée importante est produite dans le circuit résonant. Si le phénomène transitoire est de grandeur suffisante un courant à la fréquence fondamentale s'écoulera dans le circuit résonant, il se maintiendra par suite de l'action de l'élément dont l'impé- dance est non-linéaire ou self saturable 11 combiné aux autres éléments du circuit. Dans les dispositions habituelles utilisées pour la mise en service la grandeur de ce phénomène transitoire est déterminée pour la plus grande partie, par l'accord du circuit.
Par exemple, si on emploie un condensateur 12 de grande capacité on peut emmagasiner une charge 'importante dans celui-ci ou bien si on emploie une self 11 de forte valeur une énergie con- sidérable peut être emmagasinée dans son champ magnétique. Puis- que c'est la décharge de cette énergie qui produit la tension de mise en service et détermine, pour la plus grande part, sa valeur, on voit directement que la facilité de mise en service est comman- dée, jusqu'à un certain point, par l'accord du circuit. L'accord le plus favorable à la mise en service peut ne pas être l'accord qui convient lorsque le circuit est en régime normal de telle sorte qu'un compromis doit être accepté sauf si on peut prendre certaines dispositions pour faire varier l'accord.
Dans le dispositif perfectionné de mise en service le relais 21, à son contact de rupture 22, connecte la source 10 d'alimentation, directement à la prise 16 de l'enroulement 15 du
<Desc/Clms Page number 6>
transformateur ce qui charge le condensateur 12 à travers l'en- roulement du relais 21. Le relais 21 est suffisamment retardé à l'attraction pour qu'il n'attire pas tant que le condensateur 12 n'est pas chargé. uand le relais 21 attire il déconnecte le circuit de mise en service et la prise 16 et il permet au conden- sateur 12 de décharger, à travers la self 11, l'énergie qu'il a emmagasinée. La décharge est oscillante et est de même fréquence que la fréquence fondamentale du circuit résonant, elle fait donc nattre dans le circuit un courant ayant cette fréquence.
Ce courant s'établit en permanence sous l'action de l'élément d'im- pédance non-linéaire ou self saturable 11 combinée aux autres éléments du circuit.
La tension sous laquelle le condensateur 12 est chargé peut être réglée à volonté en changeant la position de la prise 16 c'est adiré qu'on peut contrôler l'énergie accumulée dans le condensateur pendant la mise en service. Le changement de la position de la prise 16 n'affecte en rien l'accord ou les condi- tions de fonctionnement du circuit après qu'un courant à la fréquen- ce fondamentale a été lancé dans le circuit résonant et que le relais 21 a attiré. Donc suivant l'invention, la tension de mise en service qui est appliquée au condensateur 12, est contrôlée uniquement par la position de la prise 16 de l'enroulement-15, tandis que l'accord et le fonctionnement du circuit après la mise en service sont contrôlés uniquement par la position de la prise 17 de l'enroulement 15 du transformateur 13.
Dans le dispositif de mise en service modifié, qui est représenté à la fig. 2, la prise 16 utilisée pour la mise en service se trouve en-dessous de la prise 17 utilisée en régime.
Ce réglage peut être plus avantageux du fait que pendant la mise en service un faible courant de sens inverse circule dans la self 11, ce qui tend à augmenter 1,'amplitude.. de la tension momen- tanée et augmente donc la facilité'-de mise en service du circuit.
<Desc/Clms Page number 7>
Ceci est surtout vrai si le relais 21 attire en un point du cycle du courant alternatif d'alimentation où la charge emmagasinée dans le condensateur 12 est quelque peu réduite car en ce moment le courant qui circule dans la self 11 atteint un maximum et l'énergie emmagasinée dans le champ magnétique est donc maximum également. L'énergie totale disponible pour produire la tension de mise en service tend à rester plus constante.
Ce dispositif perfectionné de mise en service possède encore l'avantage que le condensateur 12 peut être utilisé à son rendement maximum pendant la mise en service et en régime, La tension fondamentale engendrée dans le circuit est rarement égale à la tension harmonique d'alimentation, il en résulte que si on ne prévoit pas une prise de mise en service et une prise de régime, le condensateur 12 ne donnera pas son rendement maximum dans les deux cas.
Il est parfois désirable de pouvoir disposer dans le circuit d'utilisation en même temps que du courant fondamental d'un certain courant dont la fréquence est une harmonique de la fréquence fondamentale. Ceci est requis spécialement si le dis- positif inducteur de fréquence, alimenté par le réseau de dis- tribution d'énergie, est destiné à fournir le courant d'appel dans un système téléphonique, dans ce cas l'harmonique sert à envoyer un signal audible sur la ligne de l'abonné appelant.
Pour produire cet effet, un condensateur 20 peut être connecté en parallèle sur l'enroulement du relais 21 comme on le montre à la fig. 1. Le condensateur 20 et l'enroulement du relais sont accordés pour présenter une impédance élevée à la fréquence harmonique désirée.
Dans le cas où l'enroulement du relais 21 ne possède pas une self d'induction suffisante on peut introduire une petite self 19 dans le circuit comme le montre la fig. 2. Dans ce cas le condensateur 20 peut être connecté en parallèle sur la self
<Desc/Clms Page number 8>
19 comme le montre la fig.2 ou en parallèle sur la self 19 et 1'enroulement du relais 21 connectés en série.
Cependant, quand une self 19 est placée en série avec l'enroulement du relais 21 il n'est cas toujours nécessaire d'uti- liser le condensateur 20. Dans la disposition représentée à la fig. 3 ce condensateur a été suporimé car la self 19 possède une impédance suffisante pour provoquer l'établissement du courant harmonique voulu dans le circuit d'utilisation. Lorsqu'on désire avoir un certain nombre de courants harmoniques circulant dans le circuit d'utilisation, la modification représentée à la fig. 3 doit être préférée aux autres car la self présente une impédance plus uniforme ou plus constante, qu'un circuit accordé, pour les différents courants harmoniques.
On sait déjà que le transformateur 13*produit, entre autres, un effet stabilisateur qui permet une variation importante de la charge sans que le courant fondamental change de fréquence ou s'arrête brusquement.
Il est souvent désirable cependant de pouvoir utiliser un dispositif réducteur de fréquence pour alimenter un certain nombre de récepteurs en parallèle. Dans ces conditions un déran- gement affectant l'un quelconque des récepteurs peut faire cesser brusquement le courant fondamental et provoquer des troubles dans le fonctionnement des autres appareils branchés sur le circuit d'utilisation.
Par exemple, si le convertisseur de fréquence est employé pour l'envoi du courant d'appel sur des lignes téléphoniques et qu'à un Moment donné il vient à sonner une ligne mise à la terre ou en court-circuit le courant fondamental cessera brusque- ment et empêchera l'appel des autres lignes jusqu'à ce que le courant fondamental soit rétabli après que la ligne en défaut aura été déconnectée du convertisseur. pour surmonter cette difficulté une impédance indivi- duelle peut être connectée en série avec chaque .ligne ou appareil
<Desc/Clms Page number 9>
branché sur le circuit d'utilisation 18. Cet expédient est coûteux et requiert un espace considérable pour le montage de toutes les impédances individuelles qui exigent de plus des essais et des remplacements fréquents.
Enfin il y a une chute de tension appréciable dans l'impédance individuelle et la perte d'énergie dans cet élément n'est pas négligeable.
Il est possible également de prévoir une seule impédance connectée en série dans le circuit d'utilisation mais cette dis- position augmente la chute de tension si on la compare à celle constatée dans la solution qui consiste à prévoir des impédances individuelles. Dans le but de réduire cette chute de tension on peut modifier la disposition adoptée en court-circuitant ltim- pédance connectée en série dans le circuit d'utilisation jusqu'à ce que le courant atteigne une certaine valeur considérée comme critique. Une disposition convenable est montrée à la fig. 2.
Dans celle-ci l'impédanze Z est connectée dans le circuit dtuti- lisation mais elle peut être court-circuitée par les contacts du relais 23. Le relais 23 est un relais marginal, il ntattire pas tant que le courant ntatteint pas une valeur déterminée. En ré- gime normal l'impédance n'affecte donc pas le système, mais quand la valeur du courant débité dépasse une certaine valeur déterminée le relais 23 attire et l'impédance Z est insérée dans le circuit d'utilisation ce qui empêche que l'augmentation de la charge fasse cesser le courant fondamental circulant dans le circuit résonant.
Une autre disposition améliorant la stabilité de ce type de réducteur de fréquence est montrée à la fig. 3. Les essais effectués ont révélé que si l'impédance connectée en série dans le circuit d'utilisation est capacitive, la statilité du cir- cuit est grandement améliorée sans affecter matériellement la tension d'utilisation ou la puissance dans les conditions nor- males de fonctionnement. Dans l'application représentée à la fig. 3 le condensateur C remplit le rôle de cette impédance de
<Desc/Clms Page number 10>
sortie. Quand la charge augmente la capacité effective du trans- formateur 13 augmente également.
Ceci tend à augmenter la tension du courant fondamental circulant dans le circuit résonant et en même tenps à augmenter la stabilité du circuit lorsque la charge varie dans le circuit d'utilisation.
Le tableau donné ci-dessous fait ressortir clairement la différence entre les résultats obtenus sans et avec condensateur.
Dans le cas considéré la source 10 fournissait du courant alter- natif à 60 périodes par seconde sous 115 volts et le courant fon- damental était à 20 périodes par seconde. Le condensateur avait une capacité de 50mfd, il était du type électrolytique bien que des condensateurs d'autres types puissent convenir également.
EMI10.1
<tb>
Résistance <SEP> de <SEP> Tension <SEP> à <SEP> 20 <SEP> Débit <SEP> Tension <SEP> auxbor- <SEP> Tension <SEP> aux
<tb>
<tb> la <SEP> charge <SEP> en <SEP> pps <SEP> aux <SEP> bornes <SEP> en <SEP> nes <SEP> de <SEP> ltenrou- <SEP> bornes <SEP> du
<tb>
<tb>
<tb> ohms. <SEP> du <SEP> circuit <SEP> d'u- <SEP> Traits <SEP> lement <SEP> 14. <SEP> condensateu
<tb>
<tb>
<tb> tilisation <SEP> 18. <SEP> C.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<SEP> 92 <SEP> 0 <SEP> 92 <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1700 <SEP> 91 <SEP> 4.9 <SEP> 91
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1000 <SEP> 90 <SEP> 8.1 <SEP> 90
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 750 <SEP> 89 <SEP> 10.6 <SEP> 89
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 500 <SEP> 87 <SEP> 15.2 <SEP> 87
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 350 <SEP> 84 <SEP> 20.2 <SEP> 84 <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 290 <SEP> 80 <SEP> 22.1 <SEP> 80
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 285 <SEP> le <SEP> courant <SEP> à <SEP> 20 <SEP> pps. <SEP> cesse <SEP> brusquement.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
92 <SEP> 0 <SEP> 92 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1700 <SEP> 91 <SEP> 4.9 <SEP> 91
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1000 <SEP> 89 <SEP> 8.9 <SEP> 91 <SEP> 10
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 750 <SEP> 88 <SEP> 10.4 <SEP> 90 <SEP> 15
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 500 <SEP> 85 <SEP> 14.5 <SEP> 89 <SEP> 25
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 250 <SEP> 74 <SEP> 22.0 <SEP> 86 <SEP> 41
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 150 <SEP> 61 <SEP> 24.
<SEP> 8 <SEP> 86 <SEP> 47
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100 <SEP> 49 <SEP> 24.0 <SEP> 88 <SEP> 69
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 50 <SEP> 30 <SEP> 18.0 <SEP> 93 <SEP> 85
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 99 <SEP> 99
<tb>
<Desc/Clms Page number 11>
On peut voir que sans le condensateur C dans le circuit d'utilisation le courant fondamental ou courant à 20 périodes par seconde cesse brusquement quand la résistance du circuit d'utilisation tombe en-dessous de 290 ohms. Avec un condensateur de 50 mfd intercalé dans le circuit d'utilisation du même dispo- sitif et dans les mêmes conditions il a été possible de réduire la résistance du circuit d'utilisation en principe jusqu'à 0 ohms sans faire cesser le courant à 20 périodes par seconde.
De plus pour un débit de 15 watts la tension aux bornes du circuit d'uti- lisation n'est plus faible que de 2 ou 3 volts lorsqu'on emploie un condensateur ou qu'on n'en emploie pas. On doit noter également que si la charge descend en-dessous de la valeur qui vient d'être considérée la tension aux bornes de l'enroulement 14 augmente.
Ceci montre clairement l'action de compoundage d'un condensateur connecté en série dans le circuit d'utilisation.