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PERECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES DE CONTR#LE POUR APPAREILS ELECTRIQUES.
La présente invention se rapporte aux équipements de contrôle à relais et, plus particulièrement, aux équipements dans lesquels on se sert de relais de tension.
On désigne généralement sous le nom de "relais de tension" (ou relais voltmétriques) des appareils munis d'un équipage mobile qui reste en équilibre statique, pour une tension déterminée dite "de base" et quitte sa position de repos si la tension s'élève ou diminue légèrement.
Parmi les nombreuses applications où ce type de relais est utilisé, on peut citer notamment les commutateurs automatiques ou ajusteurs de rapport en charge, pour transformateurs.
Pour assurer à ces appareils un fonctionnement satisfaisant leur, système de contrôle doit être conçu de manière à être peu affecté par des variations de fréquence, tout en présentant une grande sensibilité vis-à
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-vis des variations de tension.
Cette double condition n'a pu être remplie d'une manière entièrement satisfaisante au moyen des relais de tension connus de l'art antérieur.
Ces relais comportent souvent deux enroulements distincts qui créent un couple moteur proportionnel au produit des courants qui traversent ces enroulements et au cosinus d'un angle fonction du déphasage existant entre ces courants.
Pour permettre à l'équipage mobile de rester en équilibre statique pour la tension de base, on peut munir cet équipage d'un ressort antagoniste approprié, mais on peut également obtenir cet effet par l'intermédiaire de circuits judicieusement conçus en alimentant l'un ou les deux enroulements par des courants dont l'intensité n'est pas une fonction linéaire de la tension et qui peuvent pe pas être en phase.
Ces circuits comportent ordinairement une inductance saturée ou une résistance à, caractéristique non linéaire associée à des résistances constantes ou des inductances non saturées ou encore à des condensateurs. Cependant, les dispositions connues présentent divers inconvénients : le couple produit est relativement peu sensible aux variations de tension; certains de ces circuits produisent même des couples plus sensibles aux variations de fréquence qu'à celles de tension.
Enfin ces dispositifs sont le plus souvent d'un réglage délicat et peu étendu.
D'une façon générale, l'objet de l'invention est la construction d'un équipement de contrôle à relais et contacteurs d'un fonctionnement sur et dans lequel on évite la plupart des inconvénients rencontrés dans les systèmes précédents.
Un autre objet de l'invention est de prévoir un relais de tension d'une construction simple et robuste, présentant une grande sensibilité et permettant un réglage aisé et étendu.
Dans les dessins qui accompagnent la description suivante la figure 1 est un schéma représentant un relais de tension construit conformément à l'invention; les figures 2 et 3 sont des diagrammes vectoriels auxquels on se référera au cours de la description; la figure 4 représente schématiquement la réalisation'pratique d'un relais conforme à l'invention; la figure 5 représente schématiquement une application du relais à un équi-
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-pement de contrôle,
Se rapportant à la figure 1, on a désigné par V et I deux bobinages constituant un élément de relais analogue à un compteur monophasé.
En série avec la bobine I se trouve un circuit comprenant la bobine s enroulée sur le transformateur T à noyau saturé et une résistance r.
En parallèle sur la bobine I se trouve un circuit comprenant une résistance R réglable et une bobine b enroulée sur le noyau du transformateur T.
La résistance r est très faible ; peut même être considérée comme incorporée dans la résistance propre de l'enroulement s. Par contre, la résistance R a une valeur élevée. Il en résulte que le courant dans l'enroulement b est toujours faible et ne réduit pratiquement pas la saturation du noyau
D'autre part, la réactance propre de l'enroulement I est insignifiante par rapport à celle de s; on peut donc admettre avec une approximation suffisante que toute la chute de tension Inductive dans le circuit I, a, r, se produit aux bornes de la self s. La détermination des courants is et ib trsersant respectivement les enroulements s et b peut donc pratiquement se faire en supposant que l'impédance de I est nulle ; end'autres termes, les courants is et ib ne réagissent pratiquement pas l'un sur l'autre dans l'enroulement I.
Par contre, au point de vue de leurs effets, ces courants se combinent dans l'enroulement I du relais. On supposera que le sens relatif des enroulements du transformateur est tel que dans le relais, les composantes de ces courants en phase avec la tension U se retranchent. Le couple moteur du relais peut donc être considéré comme résultant de la différence des couples dus à chacune de ces deux composantes. Pour la tension de base Uo, l'intensité du courant ib est ajustée au moyen de la résistance R à une valeur telle que ces deux composantes s'annulent et que, par conséquent, le couple moteur est réduit à 0.
La figure 2 représente le diagramme vectoriel des tensions dans le circuit I, 8, et @. es est la tension aux bornes de la self s; ar est la tension dans la résistance r et la résistance propre de s.
La réactance s est saturée; on peut donc considérer la tension ss comme constante. De plus, l'angle compris entre le vecteur es et er est égale-
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ment constant et égal à 7e -1
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Par conséquent, une variation donnée de U se traduit, sur le diagramme vectoriel, par un mouvement de rotation du vecteur U autour du point 0. Par exemple, à la tension U1, correspond la tension er1.
Le diagramme de la figure 2 montre que pour des faibles valeurs de er, une variation très faible de U produit une variation importante de er.
Le courant le est en phase avec la tension er et est proportionnel à er si la résistance r est constante. Le courant ib est pratiquement en phase avec es et son intensité est sensiblement constante; en effet, ce courant ib est dû à la f.e.m. induite par le flux existant dans le noyau et ce flux est constant.
Le diagramme de la fig.3 représente les vecteurs des courants ib et is avec leurs déphasages respectifs par rapport à la tension U. Sur la même figure, on a représenté en traits interrompus les tensions er et es correspondantes. On constate à l'examen de la fig.3, que lorsque la tension varie, les composantes e's et i'b des deux courants varient en sens inverses.
Cette circonstance assure une grande sensibilité aux relais de tension construits conformément à l'invention. En'effet, dans les dispositifs connus de l'art antérieur, même les plus sensibles, c'est-à-dire ceux qui comprennent une self et un condensateur, les deux tensions ou les deux courants qui s'opposent, varient tous deux dans le même sens.
Ainsi qu'on l'a dit plus haut, le couple moteur du relais peut être considéré comme résultant de la différence des couples dus aux cmmposantes, en phase avec la tension U des courants ib et is
La composante de is en phase avec la tension U peut être repré- sentée à une certaine échelle par la projection de er sur U. Cette projection
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est égale à or COS y z ¯ (voir tig.2) Or, Coe f # (voir fig.2) donc, à une certaine échelle, la projection de er sur U est encore égale à @ @
D'autre part, le couple moteur est proportionnel au produit des courants traversant les enroulements V et I. Le courant traversant V est direc- tement proportionnel à U. Par conséquent, le couple moteur peut être représenté par l'expression
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±¯ e2 , t" , X étant une constante.
L,7-
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Il en résulte que le couple moteur dû au courant is est représenté à une certaine échelle, par le carré du Vecteur er; il varie donc considérablement en fonction de la tension U.
Le circuit b,R, parcouru parte courant ib, permet d'obtenir l'annulation du couple moteur dans le relais pour la tension de base Uo.
Le couple antagoniste dû au courant ib est proportionnel au produit: de U par la composante de ib en phase avec U.
Ce couple antagoniste est donc égal à
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/..#.-<t-0 Or, Sin! ;'-:1 o donc, le couple mott!lur antagoniste est égal à ,éô il est donc constant.
En définitive, le couple résultant dans le relais sera : C = ,\,.et - /-( . -;j Or, e.... 2. - CT 2. ;:;J:z. d'ou C = /Cv2.J¯ bzz Pour U * U on doit avoir C 8 0, donc /< (Vo 2.-e) = /-< De là, on déduit ¯ C - .
La tension Uo pour laquelle C = 0 est déterminée par la valeur de la résistance R en circuit. Elle peut donc être ajustée à la valeur désirée.
La sensibilité du couple moteur du relais peut être exprimée par le rapport de la variation élémentaire, mesurée en pour-cents, du couple à la variation élémentaire correspondante mesurée en pourcents, de la tension,
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CL c..
La sensibilité s'eXprime donc par 1 o-<-<. # . O oÉ tI ci cr Cl.
9 elle est égale à: ^2 l U, V' :::..f 17' 2k(v::' v-,;) Zr=- lTD"- elle est donc très grande au voisinage de U - Uo et elle est indépendante de est
Dans le circuit s,r de l'enroulement I, on peut remplacer la self saturée s par une self non saturée à condition de remplacer la résistance
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r de valeur ohmique constante par une résistance assurant le maintien d'un courant constant, par exemple une résistance fer-hydrogène. Toutefois, on peut montrer en opérant d'une manière analogue à celle qui a été exposée cidessus, que, dans ce cas, le couple est donné par l'expression
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c = - 'tj Z e-al La sensibilité du couple moteur est alors t
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c ¯L. =¯¯¯¯¯¯1####### et.
C7 . c v:" -e - 0E5 < j <o.-<#
Cette sensibilité dépend de la tension es, qui peut donc être choisie en conséquence.
Bnfin pour augmenter la sensibilité ou pour diminuer l'influence relative des variations de fréquence, on peut se servir, au lieu d'une résistance r constante, d'une-résistance dont la valeur ohmique décroit avec la tension appliquée (thyrite), carborandum, carbonate, etc.., Dans ce cas, bien entendu, la self s doit être à noyau saturé, de telle sorte que la tension es à ses bornes puisse être considérée comme pratiquement constante. La sensibilité du couple moteur du relais dépendra, dans une mesure importante, de la fonction r (es) représentant la valeur ohmique de cette résistance, Plus cette valeur diminuera rapidement en fonction du courant, plus la sensibilité sera grande.
En effet, le diagramme vectoriel permet de se rendre compte que le courant sera représenté par un vecteur qui croit plus vite que le vetteur er. Par conséquent, le couple moteur variera fortement avec la tension U.
On peut alimenter les circuits de l'enroulement I à une tension différente de celle de l'enroulement V. On peut se servir à cette fin d'un transformateur dont le noyau est très loin de la saturation et qui présente une très faible réactance de fuite.
On peut, sans sortir du cadre de la présente invention, remplacer les résistances r et R, le transformateur T par d'autres organes tels que la bobine I soit parcourue par la résultante de deux courants dont les composantes actives varient en sens inverse pour une variation donnée de la tension.
La fig.4 représente schématiquement une réalisation pratique du relais décrit, cette réalisation étant obtenue avec des éléments analogues à ceux d'un compteur monophasé à Induction.
D est un disque sur lequel agissent les flux produits par les courants dans les enroulements V et I.
P est un aimant permanent freinant le déplacement du disque et
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assurant ainsi une certaine temporisation.
L est un électro-aimant fournissant, par son action sur la palette Pa, un couple positif ou négatif suivant la position de la palette. L'électro- aimant L peut évidemment être remplacé par un aimant permanent. Cependant, dans ce cas, on.risque d'introduire des erreurs dues au magnétisme rémanent. D'autre part, l'électro-aimant a encore l'avantage de permettre un réglage très fin du couple résistant. Il suffit en effet, d'ajuster le courant qui le traverse à la valeur convenable, Ce réglage peut être effectué au moyen de la résistance g.
M est un tube de contact inverseur à mercure actionné par un petit pignon denté engrenant avec une vis sans fin montée sur l'arbre de rotation du disque. Le rapport de démultiplication sera de préférence tel que dans chacune des trois positions du contact inverseur, le couple résistant dû à l'électro- aimant L soit nul.
Par conséquent, entre une position du contact inverseur et la suivante, ce couple résistant passe au moins par un maximum positif quel que soit le sens de rotation. Il est désirable aussi que le passage de ce maximum positif ait lieu avant la rupture du contact, de telle sorte que celle-ci se fasse très rapidement au moment où le couple résistant passe de la valeur posi- tive à la valeur négative et s'ajoute ainsi au couple moteur.
Le couple résistant total du relais est fourni : 1 ) par les frottements dans les pivots, paliers, engrenages, etc..., 2 ) par les défauts d'équilibrage impossibles à éliminer complètement des tubes de contacts à mercure.
3 ) par l'aimant permanent P.
4 ) par l'électro-aimant L.
Le couple fourni par l'électro-aimant doit être notablement supé- rieur à celui résultant des frottements et des défauts d'équilibrage de manière à rendre ptatiquement sans effet les variations qu'ils peuvent subir.
A titre d'exemple, on a représenté schématiquement dans la fig.5 une application du relais décrit à l'équipement de contrôle d'un ajusteur auto- matique de rapport en charge pour transformateurs statiques.
Dans cet appareil, les modifications de rapport s'effectuent au secondaire connecté en étoile par déplacement du point neutre.
L'ajusteur peut prendre trois positions; dans chacune de ces posi- tions, le neutre est fermé par un contact tripolaire t B, M, H. On constatera que les contacts sont disposés en triangle, de manière à réduire l'intensité que chacun d'eux doit supporter.
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Un contacteur de passage r commande la mise en circuit d'une résistance de passage Ro destinée à limiter le courant entre deux prises voisines pendant le court instant où la commutation s'effectue d'une prise à la prise voisine sans coupure dans le circuit principal.
Les circuits de contrôle sont conçus de telle sorte que pour passer d'une des prises extrêmes à l'autre, le commutateur doit toujours passer par la prise moyenne. Comme d'autre part, le relais de tension est d'un fonctionnement relativement lent par rapport à celui de l'équipement de contacteurs du commutateur, un seul gtoupe de résistances de passage est suffisant. Il en résulte aussi que les courants sont coupés par les contacteurs D,M, et H sous des tensions faibles, ce qui peut permettre dans certains cas de prévoir ceux-ci sans soufflage, ni pare-flamme.
Sur le schéma de la fig.5, B désigne le contacteur principal de tension basse, H désigne le contacteur principal de tension haute, M désigne le contacteur principal de tension moyenne, P désigne le contacteur de passage, Vb désigne le contact du relais vqltmétrique côté tension basse, Vh désigne lecontact du relais voltmétrique côté tension haute, h et b sont des relais inverseurs auxiliaires du relais de tension, Y et Z sont des relais auxiliaires de verrouillage, X est un relais auxiliaire.
Les circuits de contrôle peuvent être connectés aux bornes d'une seule des trois phases du transformateur, afin d'être alimentés dès le moment où le primaire du transformateur est mis sous tension. Par contre, le relais voltmétrique est connecté entre deux phases.
Le schéma de la fig.5 représente les différents contacts dans la position qu'ils occupent lorsqu'aucune tension n'est appliquée au transormateur Le fonctionnement des circuits de contrôle est le suivant : supposons les contacts Vb et Vh ouverts tous deux, Lorsque le transformateur est mis sous tension, le circuit de la bobine Z est fermé et Z s'enclenche.
Donc, les contacts Zl et Z2 se ferment. De même la bobine de Y est excitée et Yl se ferme. La fermeture de Z2 provoquent l'excitation de la bohine de M qui s'enclenche (en même temps que le contact auxiliaire Ml s'ouvre), Le neutre du transformateur est donc fermé sur les prises de tension moyenne.
D'autre part,, la fermeture du contact Zl provoque l'excitation
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de la bobine de P, et P s'enclenche. Les résistances de passage Rp sont alors court-circuitées par les contacts M, mais elles sont prêtes à entrer en action dès que le contacteur M déclenchera.
On remarquera que l'enclenchement de P a pour effet la fermeture du contact P1, l'excitation de la bobine de X et l'ouverture du contact Xi.
Supposons maintenant qu'à un certain moment le relais de tension fonctionne et que son contact Yb par exemple, se ferme. Il en résulte que le circuit de la bobine de b est fermée, ce qui provoque l'ouverture du contact b2 et la fermeture du contact bl, l'ouverture du circuit'de la bobine Z, l'ouverture des contacts Z1 et Z2, l'ouverture du circuit de la bobine M, le déclenchement de M. Pendant ce temps y et donc P restent enclenchés.
Le déclenchement de M provoque la fermeture du contact M1, l'excitation de la bobine de H, l'enclenchement de H, la fermeture du contact H1 et l'ouverture du contact H2, le déclenchement de Y, l'ouverture du contact Y1, l'ouverture du circuit de la bobine de P, le déclenchement de P, l'ouverture du contact Pl, le déclenchement de X et enfin la fermeture du contact X1.
Par conséquent, on constatera que les résistances de passage Rp sont mises en service dès l'instant précis où le contacteur M déclenche et jusqu'au moment où le contacteur H s'enclenche,
Supposons maintenant qu'il se produit une variation de tension et que le contact Vb du relais s'ouvre, tandis qu'au bout d'un court instant le contact Vh se ferme.
La temporisation du relais de tension est très grande vis-à-vis de la rapidité de fonctionnement des contacteurs; on aura donc d'abord une période d'ouverture relativement appréciable deus deux contacts @b et Vh. Pendant cette période d'ouverture, Z s'enclenche et provoque l'enclenchement de P. Il est à remarquer qu'à cet instant, le contact M ne peut pas encore s'enclencher, car le contact H2 est ouvert. En outre, bien que b soit déclenché et le contact b1 ouvert, H se maintient enclenché car sa bobine reste alimentée par le circuit dérivé passant par son contact de réalimentation H1. Les résistances de passage sont donc d'abord mises en circuit.
Mais d'autre part, l'enclenchement de P provoque celui de X, donc l'ouverture du circuit de la bobine de H qui déclenche. Il en résulte que le contact H2 se referme et produit l'excitation de la bobine de M qui enclenche; en même temps les résistances de passage sont court-circuitées par les contacts M et sont, de ce fait, éliminés.
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A cet instant, si le contact Vh du relais se ferme, le système de contrôle se trouve précisément dans la situation que l'on a envisagée cidessus : Vh fermé et M enclenché.
Les opérations se succèdent dans le même ordre 1 le contacteur M déclenche, le contacteur B s'enclenche et le contacteur P déclenche*
Au début de la description du fonctionnement de l'équipement de contacteur, on a fait l'hypothèse que les contacts Vb et Vh étaient tous deux ouverts. Supposons maintenant qu'un des contacts, par exemple Vb soit fermé.
Lors de la mise sous tension, le relais Z tendra à s'enclencher le premier.
Mais comme Vb est fermé, le contact b2 s'ouvrira coupant le circuit d'excitation de Z et le contact bl se fermera, ce qui provoquera l'enclenchement de.Et
Le transformateur peut avoir son neutre raccordé à la terre ou sorti; dans ce cas, les contacteurs comportent un quatrième pôle.
Le relais décrit peut évidemment être utilisé également dans un équipement de contrôle comportant un jeu d'interrupteurs inverseurs à commande électrique agissant d'une manière analogue à celle qui a été décrite.
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IMPROVEMENTS TO CONTROL SYSTEMS FOR ELECTRICAL APPLIANCES.
The present invention relates to relay control equipment and, more particularly, to equipment in which voltage relays are used.
The term “voltage relays” (or voltmeter relays) is generally designated for devices fitted with a mobile unit which remains in static equilibrium, for a determined so-called “base” voltage and leaves its rest position if the voltage s 'increases or decreases slightly.
Among the many applications where this type of relay is used, mention may in particular be made of automatic switches or load ratio adjusters, for transformers.
To ensure that these devices operate satisfactorily, the control system must be designed so as to be little affected by variations in frequency, while at the same time exhibiting great sensitivity to
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-vis of voltage variations.
This dual condition could not be fulfilled in a completely satisfactory manner by means of the voltage relays known from the prior art.
These relays often include two separate windings which create a motor torque proportional to the product of the currents which pass through these windings and to the cosine of an angle which is a function of the phase shift existing between these currents.
To enable the moving crew to remain in static equilibrium for the base tension, this crew can be provided with a suitable counter spring, but this effect can also be achieved through judiciously designed circuits by energizing one. or the two windings by currents the intensity of which is not a linear function of the voltage and which can eg not be in phase.
These circuits usually include a saturated inductance or a resistance to, nonlinear characteristic associated with constant resistances or unsaturated inductors or with capacitors. However, the known arrangements have various drawbacks: the torque produced is relatively insensitive to voltage variations; some of these circuits even produce torques which are more sensitive to variations in frequency than in voltage.
Finally, these devices are most often delicate and not very extensive.
In general, the object of the invention is the construction of control equipment with relays and contactors for safe operation and in which most of the drawbacks encountered in the previous systems are avoided.
Another object of the invention is to provide a voltage relay of a simple and robust construction, having great sensitivity and allowing easy and extensive adjustment.
In the drawings which accompany the following description, Fig. 1 is a diagram showing a voltage relay constructed in accordance with the invention; FIGS. 2 and 3 are vector diagrams to which reference will be made during the description; FIG. 4 diagrammatically represents the practical embodiment of a relay according to the invention; FIG. 5 diagrammatically represents an application of the relay to an equipment
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-control unit,
Referring to Figure 1, V and I denote two coils constituting a relay element similar to a single-phase meter.
In series with the coil I is a circuit comprising the coil s wound on the transformer T with saturated core and a resistor r.
In parallel on coil I is a circuit comprising an adjustable resistor R and a coil b wound on the core of the transformer T.
The resistance r is very low; can even be considered as incorporated in the inherent resistance of the winding s. On the other hand, the resistance R has a high value. As a result, the current in the winding b is always small and practically does not reduce the saturation of the core.
On the other hand, the proper reactance of the winding I is insignificant compared to that of s; we can therefore admit with a sufficient approximation that all the inductive voltage drop in the circuit I, a, r, occurs at the terminals of the inductor s. The determination of the currents is and ib respectively passing through the windings s and b can therefore practically be done by assuming that the impedance of I is zero; in other words, the currents is and ib hardly react to each other in winding I.
On the other hand, from the point of view of their effects, these currents combine in the winding I of the relay. It will be assumed that the relative direction of the transformer windings is such that in the relay, the components of these currents in phase with voltage U are cut off. The motor torque of the relay can therefore be considered as resulting from the difference in the torques due to each of these two components. For the base voltage Uo, the intensity of the current ib is adjusted by means of the resistor R to a value such that these two components cancel each other out and, consequently, the motor torque is reduced to 0.
Figure 2 shows the vector diagram of the voltages in the circuit I, 8, and @. es is the voltage across the self s; ar is the voltage in resistance r and the natural resistance of s.
The reactance is saturated; we can therefore consider the voltage ss as constant. Moreover, the angle between the vector es and er is equal-
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constant and equal to 7th -1
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Consequently, a given variation of U is reflected, on the vector diagram, by a rotational movement of the vector U around the point 0. For example, to the voltage U1, corresponds the voltage er1.
The diagram of figure 2 shows that for low values of er, a very small variation of U produces a large variation of er.
The current le is in phase with the voltage er and is proportional to er if the resistance r is constant. The current ib is practically in phase with es and its intensity is substantially constant; in fact, this current ib is due to the f.e.m. induced by the flux existing in the nucleus and this flux is constant.
The diagram of FIG. 3 represents the vectors of the currents ib and is with their respective phase shifts with respect to the voltage U. In the same figure, the corresponding voltages er and es are shown in broken lines. It can be seen on examination of FIG. 3 that when the voltage varies, the components e's and i'b of the two currents vary in opposite directions.
This circumstance ensures great sensitivity to voltage relays constructed in accordance with the invention. Indeed, in the devices known from the prior art, even the most sensitive, that is to say those which comprise an inductor and a capacitor, the two voltages or the two currents which oppose each other, both vary. in the same way.
As stated above, the motor torque of the relay can be considered as resulting from the difference in the torques due to the components, in phase with the voltage U of the currents ib and is
The component of is in phase with the voltage U can be represented on a certain scale by the projection of er on U. This projection
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is equal to or COS y z ¯ (see tig. 2) Now, Coe f # (see fig. 2) therefore, at a certain scale, the projection of er on U is still equal to @ @
On the other hand, the motor torque is proportional to the product of the currents flowing through the windings V and I. The current flowing through V is directly proportional to U. Therefore, the motor torque can be represented by the expression
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± ¯ e2, t ", X being a constant.
L, 7-
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It follows that the motor torque due to the current is is represented on a certain scale, by the square of the Vector er; it therefore varies considerably as a function of the voltage U.
The circuit b, R, through which the current ib runs, makes it possible to obtain the cancellation of the motor torque in the relay for the base voltage Uo.
The antagonistic couple due to the current ib is proportional to the product: of U by the component of ib in phase with U.
This antagonistic couple is therefore equal to
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/..#.-<t-0 Now, Sin! ; '-: 1 o therefore, the antagonistic mott! Lur couple is equal to, éô it is therefore constant.
Ultimately, the resulting torque in the relay will be: C =, \ ,. and - / - (. -; j Or, e .... 2. - CT 2.;:; J: z. From or C = /Cv2.J¯ bzz For U * U we must have C 8 0, so / <(Vo 2.-e) = / - <From there, we deduce ¯ C -.
The voltage Uo for which C = 0 is determined by the value of the resistance R in circuit. It can therefore be adjusted to the desired value.
The sensitivity of the motor torque of the relay can be expressed by the ratio of the elementary variation, measured in percent, of the torque to the corresponding elementary variation measured in percent, of the voltage,
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CL c ..
The sensitivity is therefore expressed by 1 o - <- <. #. O oÉ tI ci cr Cl.
9 it is equal to: ^ 2 l U, V '::: .. f 17' 2k (v :: 'v- ,;) Zr = - lTD "- it is therefore very large in the neighborhood of U - Uo and it is independent of is
In circuit s, r of winding I, the saturated choke s can be replaced by an unsaturated choke on condition that the resistor is replaced
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r of constant ohmic value by a resistance ensuring the maintenance of a constant current, for example an iron-hydrogen resistance. However, it can be shown by operating in a manner analogous to that which has been explained above, that, in this case, the torque is given by the expression
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c = - 'tj Z e-al The sensitivity of the motor torque is then t
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c ¯L. = ¯¯¯¯¯¯1 ####### and.
C7. c v: "-e - 0E5 <j <o .- <#
This sensitivity depends on the voltage es, which can therefore be chosen accordingly.
Finally, to increase the sensitivity or to decrease the relative influence of variations in frequency, we can use, instead of a constant resistance r, a resistance whose ohmic value decreases with the applied voltage (thyrite), carborandum , carbonate, etc. .. In this case, of course, the choke s must have a saturated core, so that the voltage es at its terminals can be considered as practically constant. The sensitivity of the motor torque of the relay will depend, to a large extent, on the function r (es) representing the ohmic value of this resistance. The more quickly this value will decrease as a function of the current, the greater the sensitivity will be.
Indeed, the vector diagram makes it possible to realize that the current will be represented by a vector which grows faster than the vitter er. Consequently, the motor torque will vary greatly with the voltage U.
The circuits of winding I can be supplied with a voltage different from that of winding V. A transformer whose core is very far from saturation can be used for this purpose and which has a very low reactance of leak.
It is possible, without departing from the scope of the present invention, to replace the resistors r and R, the transformer T by other members such that the coil I is traversed by the resultant of two currents whose active components vary in the opposite direction for a given variation in voltage.
FIG. 4 schematically represents a practical embodiment of the relay described, this embodiment being obtained with elements similar to those of a single-phase Induction meter.
D is a disk on which act the fluxes produced by the currents in the V and I windings.
P is a permanent magnet slowing down the movement of the disc and
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thus ensuring a certain time delay.
L is an electromagnet providing, by its action on the pallet Pa, a positive or negative torque depending on the position of the pallet. The electromagnet L can obviously be replaced by a permanent magnet. However, in this case there is a risk of introducing errors due to remanent magnetism. On the other hand, the electromagnet also has the advantage of allowing very fine adjustment of the resistive torque. It suffices, in fact, to adjust the current flowing through it to the appropriate value. This adjustment can be carried out by means of the resistor g.
M is a mercury reversing contact tube actuated by a small toothed pinion meshing with a worm mounted on the rotating shaft of the disc. The gear ratio will preferably be such that in each of the three positions of the changeover contact, the resistive torque due to the electromagnet L is zero.
Consequently, between one position of the changeover contact and the next, this resistive torque passes at least through a positive maximum whatever the direction of rotation. It is also desirable that the passage of this positive maximum takes place before the breaking of the contact, so that this takes place very quickly when the resistive torque passes from the positive value to the negative value and s' thus adds to the engine torque.
The total resistive torque of the relay is provided: 1) by friction in the pivots, bearings, gears, etc., 2) by balancing faults which cannot be completely eliminated from the mercury contact tubes.
3) by the permanent magnet P.
4) by the electromagnet L.
The torque supplied by the electromagnet must be appreciably greater than that resulting from friction and from balancing faults so as to render virtually no effect the variations which they may undergo.
By way of example, FIG. 5 shows schematically an application of the relay described to the control equipment of an automatic load ratio adjuster for static transformers.
In this device, the ratio changes are made to the secondary connected in star by displacement of the neutral point.
The adjuster can take three positions; in each of these positions, the neutral is closed by a three-pole contact t B, M, H. It will be noted that the contacts are arranged in a delta, so as to reduce the current that each of them must withstand.
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A passage contactor r controls the switching on of a passage resistor Ro intended to limit the current between two neighboring outlets during the short time when the switching is carried out from one outlet to the neighboring outlet without a cut in the main circuit .
The control circuits are designed in such a way that to switch from one of the extreme taps to the other, the switch must always pass through the middle tap. Since, on the other hand, the voltage relay is relatively slow in operation compared to that of the switch contactor equipment, a single set of pass resistors is sufficient. It also results from this that the currents are cut off by the contactors D, M, and H under low voltages, which can in certain cases make it possible to provide these without blowing or flame arresters.
In the diagram in fig. 5, B designates the low voltage main contactor, H designates the high voltage main contactor, M designates the medium voltage main contactor, P designates the changeover contactor, Vb designates the voltage metering relay contact low voltage side, Vh designates the contact of the voltmeter relay on the high voltage side, h and b are auxiliary changeover relays of the voltage relay, Y and Z are auxiliary latching relays, X is an auxiliary relay.
The control circuits can be connected to the terminals of only one of the three phases of the transformer, in order to be supplied as soon as the primary of the transformer is energized. On the other hand, the voltmeter relay is connected between two phases.
The diagram in fig. 5 represents the various contacts in the position they occupy when no voltage is applied to the transformer.The operation of the control circuits is as follows: let us suppose the contacts Vb and Vh both open, When the transformer is energized, the Z coil circuit is closed, and Z cuts in.
Therefore, the contacts Z1 and Z2 close. Likewise, the coil of Y is energized and Yl closes. Closing Z2 causes the M bohine to be energized (at the same time as the auxiliary contact M1 opens). The neutral of the transformer is therefore closed on the medium voltage taps.
On the other hand, closing the Zl contact causes the excitation
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coil of P, and P engages. The passage resistors Rp are then short-circuited by the contacts M, but they are ready to come into action as soon as the contactor M trips.
It will be noted that the closing of P has the effect of closing contact P1, energizing the coil of X and opening contact Xi.
Now suppose that at some point the voltage relay operates and that its contact Yb, for example, closes. The result is that the circuit of the coil of b is closed, which causes the opening of the contact b2 and the closing of the contact bl, the opening of the circuit of the coil Z, the opening of the contacts Z1 and Z2, the opening of the circuit of the coil M, the tripping of M. During this time y and therefore P remain engaged.
The tripping of M causes the closing of contact M1, the energization of the coil of H, the closing of H, the closing of the H1 contact and the opening of the H2 contact, the tripping of Y, the opening of the Y1 contact , the opening of the coil circuit of P, the tripping of P, the opening of the contact Pl, the tripping of X and finally the closing of the contact X1.
Consequently, it will be noted that the passage resistors Rp are put into service from the precise moment when the contactor M trips and until the moment when the contactor H engages,
Let us now suppose that there is a variation in voltage and that the contact Vb of the relay opens, while after a short time the contact Vh closes.
The timing of the voltage relay is very long in relation to the operating speed of the contactors; we will therefore first have a relatively appreciable opening period deus two contacts @b and Vh. During this opening period, Z engages and causes the engagement of P. It should be noted that at this moment, contact M cannot yet engage, because contact H2 is open. In addition, although b is triggered and the contact b1 open, H remains engaged because its coil remains supplied by the branch circuit passing through its resupply contact H1. The pass resistors are therefore first switched on.
But on the other hand, the engagement of P causes that of X, therefore the opening of the circuit of the coil of H which triggers. It follows that the contact H2 closes and produces the excitation of the coil of M which engages; at the same time, the pass resistors are short-circuited by the contacts M and are therefore eliminated.
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At this moment, if the Vh contact of the relay closes, the control system is in precisely the situation envisaged above: Vh closed and M engaged.
The operations follow one another in the same order 1 contactor M trips, contactor B engages and contactor P trips *
At the start of the description of the operation of the contactor equipment, it was assumed that the contacts Vb and Vh were both open. Now suppose that one of the contacts, for example Vb is closed.
When power is applied, relay Z will tend to switch on first.
But since Vb is closed, contact b2 will open, cutting off the excitation circuit of Z and contact bl will close, which will cause the engagement of.
The transformer can have its neutral connected to earth or output; in this case, the contactors have a fourth pole.
The relay described can obviously also be used in control equipment comprising a set of electrically controlled change-over switches acting in a manner similar to that which has been described.