<Desc/Clms Page number 1>
MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION Montage électrique pour la commande du courant continu débite par un redresseur de courant alternatif.
La présente invention a pour objet un montage électrique pour la commande du courant continu débité par un redresseur de courant alternatif au moyen d'un courant continu de commande qui est particulièrement bien utilisable en vue d'un réglage.
On sait que pour régler la tension de systèmes redresseurs on peut s'arranger pour que le circuit anodique du redresseur comporte des bobines de réactance aimantées préalablement par un enroulement excitateur à courant continu particulier.
<Desc/Clms Page number 2>
Pour assurer un réglage de tension il est d'usage de connecter cet enroulement excitateur à courant continu aux bornes d'une source de courant continu à travers une résistance variable. On sait aussi que pour la charge des batteries d'accumulateurs on peut obtenir un réglage auto- matique de la tension du redresseur en utilisant tout le cou- rant de charge ou une partie pour l'alimentation en courant dudit enroulement excitateur à courant continu.
La disposition était toujours telle que les bobi- nes de réactance sont excitées en même sens par l'enroule- ment principal et par l'enroulement excitateur auxiliaire.
Suivant l'invention, on peut obtenir un réglage plus efficace si l'on fait en sorte que l'enroulement prin- cipal et l'enroulement d'excitation auxiliaire excitent la bobine de réactance en sens opposas et que, dans la majeure partie de la zone de réglage, une augmentation du courant de commande détermine une diminution du courant qui doit être commandé.
Il y a grand avantage à utiliser le montage qui fait l'objet de l'invention soit pour le réglage manuel soit pour le réglage automatique de machines électriques.'
On comprendra mieux l'invention en se référant aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple.
On décrira d'abord un montage connu, avec référence aux figures 1, 2 et 3 du dessin.
Dans le montage représenta sur la figure 1, les bornes d'un réseau de distribution de courant alternatif ali- mentant un tube redresseur 5 sont désignées par 1. Le circuit qui est traversé par le courant anodique 1 du tube redresseur 5 comporte l'enroulement principal 3 d'une bobine de réactance 2. Le courant redressé est transmis à l'appareil consommateur 6.
<Desc/Clms Page number 3>
Un enroulement supplémentaire 4 de la bobine de réactance est alimenté par une source de courant continu 7 à travers une résistance réglable 8. Ce courant continu est désigné par ig. Les flèches qu'on voit sur la figure à côté des en- roulements de la bobine de réactance servent à indiquer que la bobine de réactance est excitée en même sens par les deux enroulements. Une variation du courant continu ig permet de modifier dans des limites déterminées l'inductance de la bobine de réactance et par suite également le courant débite par le redresseur.
La figure 3 montre la courbe de champ F de la bobine de réactance. B désigne l'intensité du champ magné- tique et AW le nombre d'ampères-tours produits par les en- roulements. AWg désigne les ampères-tours produits par la valeur maximum du courant continu pulsatoire i.
Une variation de AWg a donc pour effet de modi- fier l'intensité du courant continu pulsatoire i. La varia- tion du courant i avec le courant continu de commande ig est représentée sur la figure 3 par la courbe A.
Les courbes ci-dessus montrent que pour obtenir un effet de réglage il est nécessaire de donner à la bobine de réactance 2 des dimensions telles que lorsque 19 est très faible,elle soit déjà excitée près de son point de saturation car c'est seulement de cette manière qu'on peut s'attendre à une variation de la perméabilité du fer du fait de l'accrois- sement de l'aimantation préalable à courant continu de même sens.
Si. conformément à l'invention, on choisit un montage tel que AWg et AWi excitent la bobine de réactance en sens opposés, comme indiqué sur la Fig. 4 par la courbe de l'in- tensité du champ F, il ne se produirait pas de variation de
<Desc/Clms Page number 4>
l'inductance pour une faible diminution (accroissement en sens positif) de laimantation préalable à courant continu, étant donné que seule la partie droite centrale de la courbe d'aimantation est influencée par l'aimantation pulsatoire AWi.
Si, au contraire, on augmente l'aimantation AWg de la figure 4, il se produira une nouvelle variation de l'in- ductance, parce que dans ce cas il y a encore des parties de la courbe d'aimantation de courbure plus faible qui sont également influencées, de sorte que le courant princi- pal i s'accroîtra.
On pourrait donc s'attendre à une courbe de ré- glage du genre montré sur la figure 5 en C, mais il a été trouvé par la Société demanderesse que la courbe de ré- glage réelle présente une forme toute différente. La figure 6 montre en D une courbe de réglage de ce genre dont la par- tie de droite inclinée ne se confond pas directement avec la partie horizontale, mais présente d'abord une partie de courbure moins faible.
Les possibilités d'application d'un montage dont la courbe de réglage est du genre montré sur la figure 3 en A sont très limitées du moment que la variation du cou- rant principal i n'est que faible de sorte que la zone de réglage est très petite. Par contre, la courbe de réglage montrée sur la figure 5 en D comporte une zone de réglage sensiblement plus grande.
L'invention permet l'établissement et l'utilisa- tion de cette partie de plus forte courbure.
La Société demanderesse a trouvé en outre qu'on peut obtenir une grande amélioration ultérieure de la courbe de réglage par l'utilisation d'un système redresseur polyphasé..
<Desc/Clms Page number 5>
La figure 7 montre un montage polyphasé très avantageux appliqué à un système triphasé. Un redresseur triphasé 10 comprenant des anodes 16 et une cathode 17 est connecté aux bornes U, V, W d'un système triphasé ayant un conducteur neutre 0 à travers les enroulements principaux 11 de bobines de réactance 9 montés entre lesdites bornes U, V, W et les anodes associées. L'appareil de consomma- tion 13 est inséré entre la cathode 17 du redresseur 10 et le conducteur neutre 0. Chaque bobine de réactance 9 com- porte un enroulement excitateur auxiliaire 12 alimenté en courant continu. Les trois enroulements auxiliaires 12 sont montés en série et sont alimentés à travers une résistance variable 14.
Il y a avantage à établir le montage des .en- roulements auxiliaires dans les systèmes polyphasés de manié- re que les tensions induites dans le circuit auxiliaire par le courant continu pulsatoire dans les enroulements princi- paux et plus particulièrement leurs harmoniques fondamentaux se contrebalancent exactement l'une l'autre.
La figure 8 montre la courbe de réglage E obtenue avec le système de la figure 7. Comme le montre la figure 8, la zone de réglage c'est-à-dire la variation relative du courant principal!, est très grande.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention l'allure de la courbe de réglage est influencée favorable- ment par l'utilisation du compoundage connu en lui-même.
L'utilisation du compoundage a pour effet non seulement d'accentuer la courbure de la courbe de réglage, mais encore d'augmenter la zone de réglage. Le compoundage est exécute de préférence de manière à donner à une partie de la courbe de réglage une direction à peu près verticale.
Si la courbe de réglage d'un système sans compoundage est
<Desc/Clms Page number 6>
connue, on peut repérer le nombre optimum des spires des enroulements de compoundage de la manière la plus simple en se conformant aux considérations suivantes.
Dans les deux cas, c'est-à-dire sans ou avec compoundage, la valeur du courant principal i dépend de la valeur de l'aimantation préalable. Dans le premier cas, l'aimantation préalable est déterminée par les ampères-tours produits par le courant de commande continu et il équivaut par conséquent à igwg, si wg désigne le nombre des spires parcourues par le courant continu de commande. Dans ce cas on suppose que la valeur du courant principal est il.
Dans le cas où l'on utilise le compoundage, l'ai- mantation préalable à courant continu est déterminée par le courant continu de commande ig' et par le courant principal i utilisé pour le compoundage. Les ampères-tours produits par l'ensemble des deux courants équivalents à ig'.wg + i.wc, si wc désigne le nombre des spires des enroulements de compounda- ge. S'il s'agit d'obtenir dans les deux cas les mêmes condi- tions finales, c'est-à-dire un courant principal de la valeur il, l'aimantation préalable doit être identique dans chaque cas.
Nous avons donc: ig. wg = ig'.wg+i.wc
Si l'équation est différenciée suivant i. nous avons wgdig, /di = wgdig'/di + wc ou, en écrivant d'une manière différente, w@ dig@ = w@@ dig - w
EMI6.1
i i
Le quotient différentiel dig' constitue une me- d sure de la courbure de la courbe de réglage à obtenir dans le système avec compoundage. Dans un cas favorable cette courbe a une direction verticale et dig' équivaut par conséquent à 0, di
<Desc/Clms Page number 7>
c'est-à-dire que dans le cas optimum du compoundage on doit avoir:
EMI7.1
avoirt die - wg. ig, - wc = 0 ou wc W9. -.Zg i i
On a donc supposa que le nombre des spires des en- roulements du courant de commande continu wg est connu.
La valeur du quotient différentiel est déterminée par l'in- di clinaison de la partie centrale de courbure maximum de la courbe de réglage du système sans compoundage. Par suite, le nombre de spires des enroulements de compoundage est éga- lement connu dans le cas où il s'agit de donner à la courbe de réglage du système avec compoundage une partie de direc- tion verticale. Dans le but d'éviter des instabilités on réduit légèrement le nombre des spires des enroulements de compoundage et nous avons donc
EMI7.2
di Wo = 'g* --À @ di
La figure 9 montre le montage du système avec compoundage et la figure 10 montre la courbe de réglage G ainsi obtenue. Des chiffres de référence analogues à ceux employés dans la figure 7 sont utilises dans la figure 9 pour des parties analogues.
L'enroulement de compoundage monté en série avec l'appareil consommateur 13 est désigna par 18. Ainsi que le montre la courbe de réglage mesurée G, une variation du courant continu ig de 88 .milliampères à 89 milliampères détermine une variation du courant principal i de 0,6 ampère à 2,1 ampères. On a donc obtenu une varia- tion considérable du courant principal i ou de la tension débitée au moyen d'une variation très faible de l'excitation à courant continu. Il y a lieu de remarquer que dans ce cas la tension débitée par le redresseur était d'environ .200 volts et la tension appliquée à l'enroulement de commande était
<Desc/Clms Page number 8>
d'environ 60 volts.
La variation de l'énergie commandée dans la partie de courbure maximum de la courbe de réglage repré- sentée figure 10 est donc de l'ordre de 5000 fois la varia- tion de l'énergie utilisée pour le réglage. Le montage qui fait l'objet de l'invention permet donc une ample commande d'un montage redresseur de ce genre au moyen d'une énergie de commande de très faible valeur. Du moment que le système fonctionne pour ainsi dire sans inertie et possède une grande zone de réglage il est susceptible d'application universelle au réglage.
On peut obtenir une augmentation de la zone de réglage en connectant en parallèle ou en série, par exemple, deux bobines de réactance par anode.
Il va sans dire que l'utilisation d'un montage en cascade permet d'augmenter à volonté le rapport entre l'énergie de commande et l'énergie commandée. Pour la plupart des appli- cations, la zone de commande qui peut être obtenue au moyen d'une seule bobine de réactance est très suffisante, de sorte qu'on peut se passer de décrire plus en détails d'autres pos- sibilités de montage.
Pour l'utilisation du montage qui fait l'objet de l'invention on peut distinguer deux possibilités, à savoir l'utilisation dans des systèmes du genre dans lequel le re- dresseur constitue une partie essentielle du circuit princi- pal ou commandé (par exemple la commande d'une tension dans les systèmes de redressement ou de transformation, notamment dans le cas d'un fonctionnement en parallèle avec d'autres sources d'énergie, la charge de batteries d'accumulateurs ou la commande de l'intensité du courant de soudage dans les appareils de soudage à courant continu)
et l'utilisation dans
<Desc/Clms Page number 9>
les systèmes dans lesquels le redresseur lui-même n'est pas prévu comme partie du circuit principal et le système qui fait l'objet de l'invention peut être employé comme un sys- tème de commande (par exemple pour la commande manuelle ou automatique d'appareils électriques).
Il n'est pas nécessaire d'entrer dans les détails des possibilités d'utilisation mentionnées en premier lieu.
Le système représenté figure 9 peut être utilisé directement pour la commande d'une tension débitée par un redresseur. Il y a lieu de remarquer succinctement qu'on peut distinguer trois genres de commande différents, à savoir: a. une commande manuelle qu'on obtient en recueillant le courant de commande d'une source de courant continu spé- ciale à travers une résistance réglable à la main. b. une commande automatique de la tension à courant continu débitée par le redresseur qu'on obtient en dérivant le courant de commande de la tension à courant continu débitée par le redresseur lui-même. o. une commande automatique du courant continu débité par le redresseur qu'on obtient en dérivant le courant de commande du courant continu débité par le redresseur lui- même.
La figure 11 montre le montage d'un système de commande automatique de la tension à courant continu débitée par le redresseur. Les enroulements auxiliaires 12 sont connectés directement à travers un potentiomètre 19 aux bor- nes de l'appareil de consommation 13.
Le montage représenté figure 11 convient à la charge automatique d'une batterie d'accumulateurs. A cet effet on intercale cette dernière en tant qu'appareil con-
<Desc/Clms Page number 10>
sommateur en 13. On sait qu'il est désirable d'utiliser pour la charge automatique de batteries d'accumulateurs un système dont la courbe de réglage a la forme d'une boucle du genre montré sur la figure 12.
Dans le système qui fait l'objet de l'invention on peut produire cette forme de boucle de la courbe de réglage de la manière la plus simple en utili- sant le "over-compounding" ou surcompoundage qu'on obtient par exemple, en amenant wc à être supérieur ; à wg @ig/d. ou en d intercalant dans le circuit excitateur auxiliaire une résis- tance 20 ayant un coefficient de température négatif très accentué (c'est-à-dire une résistance ayant une courbe ca- ractéristique courant-tension de direction négative dans une zone déterminée).
De plus, l'utilisation d'une tôle spéciale permet en général d'élargir la zone de réglage.
On va décrire plus en détails quelques exemples de l'utilisation du système qui fait l'objet de l'invention comme système de commande d'appareils électriques.
La figure 13 est un schéma de montage d'un système permettant d'obtenir un réglage soit manuel soit automatique de la tension d'une génératrice de courant continu.
Un moteur électrique 22 qui est alimenté par un réseau triphasé 21 sert à actionner une génératrice de cou- rant continu 23. Les variations de potentiel de la généra- trice 23 occasionnées par la somme variable du réseau de distribution de courant continu 24 doivent être écartées dans la mesure du possible par modification du courant d'ex- citation de la génératrice 23. On résoud ce problème en dé- rivant le courant d'excitation du système redresseur qui fait l'objet de l'invention, la tension de commande étant dérivée à travers un potentiomètre de la tension débitée par la génératrice.
<Desc/Clms Page number 11>
Un redresseur 29 alimenté par l'enroulement secon- daire 26 d'un transformateur triphasé 27 avec interposition de bobines de réactance 28 est monté en série avec 1'en- roulement excitateur 30 de la génératrice 23. Le courant principal du système redresseur est donc le courant d'exci- tation de la.génératrice 23 et l'enroulement excitateur 30 constitue l'appareil de consommation. De même que dans le système représenté figure 9, chaque bobine de réactance 28 comporte un enroulement principal 31, un enroulement de com- poundage 32 et un enroulement excitateur auxiliaire 33. Les enroulements excitateurs auxiliaires 33 montés en série sont connectés aux bornes de la génératrice 23 par l'intermédiaire d'un potentiomètre 34.
Il est préférable que le circuit d'excitation au- xiliaire comporte une tension à courant continu (force contre- électromotrice) de, sens opposé à celui de la tension de commande et inférieure à cette dernière. On obtient ainsi d'une manière connue en elle-même un accroissement relatif des fluctuations de potentiel existantes. On a également déjà proposé d'uti- liser une résistance ayant un coefficient de température né- gatif; on comprendra aisément que les résistances de ce genre possèdent cependant une certaine inertie.
Du moment que le courant dans le circuit d'excitation auxiliaire est très faible (à peu près de 50 à 100 mA) il est plus simple d'uti- liser une lampe à luminescence 35 du commerce pour la pro- duction de la tension à courant continu dirigée en sens opposé , cette lampe à luminescence ayant exactement la même fonction, mais étant sensiblement moins coûteuse et sans inertie et n'ayant pas besoin d'entretien. La lampe à luminescence comporte, de préférence, une anode auxiliaire., de sorte qu'elle ne s'éteint pas dans le cas d'une pulsation de somme très brusque, ce qui entrafnerait un retard du réglage.--
<Desc/Clms Page number 12>
La tension de la génératrice 23 peut être réglée à la valeur voulue par déplacement de la dérivation mobile du potentiomètre 34.
Des fluctuations éventuelles de la tension réglée dues à la somme sont écartées presque complètement automatiquement et sans aucun retard.
En cas de besoin on peut maintenir constant le courant débité par la génératrice en connectant l'enroulement auxiliaire à une résistance de série intercalée dans un des conducteurs 24 au lieu de le connecter au potentiomètre 34.
Le cas échéant, il peut être nécessaire de réduire au minimum les fluctuations résiduaires de la tension. Ainsi qu'on l'a déjà expliqué, on peut atteindre ce résultat en premier lieu en utilisant un compoundage aussi élevé que possible, car la courbe de réglage du système prend ainsi un caractère de courbure maximum. Cependant, comme déjà dit plus haut, cela peut donner lieu à un manque de stabilité du processus de réglage. Surtout dans le réglage automatique de la tension, des phénomènes d'instabilité se révèlent comme très désagréables. On peut obvier à cet inconvénient en intercalant dans le circuit auxiliaire une résistance à coefficient de température négatif et en compoundant dans une mesure moins grande que par ailleurs.
Comme on le comprendra aisément, l'insertion d'une résistance de ce genre a pour résultat qu'une augmentation très faible de la tension qui existe dans le circuit auxiliaire détermine une variation du courant qui parcourt le circuit auxiliaire laquelle, relativement, est beaucoup plus grande. afin que la vitesse de réglage ne soit quand même pas influencée défavorablement, il est re- commandable d'utiliser une résistance de faible capacité thermique ou un tube à décharges (lampe luminescence) qui possède, comme on le sait, une courbe caractéristique courant- tension analogue.'
<Desc/Clms Page number 13>
La fig. 14 montre un autre exemple d'utilisation du système qui fait l'objet de l'invention. Une génératrice triphasée 36 alimente un réseau de distribution 37. La géné- ratrice est excitée par une machine auxiliaire 38.
Des fluc- tuations de potentiel éventuelles dans le réseau de distri- bution 37 sont compensées par une variation de l'excitation de la machine excitatrice 38. A cet effet, l'enroulement excitateur 39 d'une machine de ce genre est alimenté par un système conforme à l'invention. Le redresseur 40 est alimenté par le secondaire 44 du transformateur 42 dont le primaire 43 est connecté au circuit 37 qui est alimenté par la génératrice 36. De même que dans les exemples précédents, les circuits anodiques du redresseur 40 comportent des bobines de réactance à enroulement multiple 41. Les enroulements excitateurs au- xiliaires 45 des bobines de réactance 41 sont connectés par L'intermédiaire d'un potentiomètre, à une tension à courant continu correspondant à la tension du réseau de distribution.
Dans ce mode de réalisation cette tension à courant continu est produite par redressement de la tension secondaire du transformateur 42 au moyen de trois redresseurs 47. Il est cependant préférable de recueillir cette tension sur un trans- formateur de tension spécial qui est prévu dans le système dans la plupart des cas, étant donné que ce dernier transfor- mateur n'a pas besoin de fournir un courant de somme variable, comme on l'exige du transformateur 42.
La,fig. 15 montre comment le système qui fait l'ob- jet de l'invention peut être utilisé pour le réglage et l'en- tretien automatique de la vitesse d'une machine.
Une machine 48 alimentée par un réseau de distri- bution triphasé 49 ayant un conducteur neutre comporte un enroulement excitateur 51 qui est,connecté à un redresseur 52.
Ce dernier est alimenté directement par le réseau de distri-
<Desc/Clms Page number 14>
bution triphasé 49 par l'intermédiaire de bobines de réac- tance 53. Les enroulements excitateurs auxiliaires 54 sont reliés aux bornes d'un tachymètre 50 par l'intermédiaire d'un potentiomètre 55. Ce tachymètre 50 reçoit sa commande de l'arbre de la machine principale 48 et produit une tension à courant continu, qui est proportionnelle au nombre de tours par unité de temps. Le nombre de tours voulu peut être réglé par réglage de la dérivation centrale du potentiomètre 55.
Grâce à l'aimentation préalable de la bobine qui varie en fonction de la tension à courant continu produite par le tachymètre, le courant d'excitation de la machine 48 est réglé automatiquement à la valeur voulue.
Il est évident que les perfectionnements suivant l'invention ne sont aucunement limités aux exemples de réalisa- tion décrits mais sont applicables dans de nombreux autres cas.