<Desc/Clms Page number 1>
'Perfectionnements aux électro-aimants et aux circuits d'excitation de ceux-ci.
La présente invention est relative à des électro- aimants en général et concere plus particulièrement la façon dont ces électro-aimants sont actionnés.
Une des difficultés qui se présente lors de l'attraction ou du relâchement d'un électro-aimant est qu'il existe toujours un certain laps de temps entre le moment de l'application du courant à l'électro-aimant et son attraction et entre la suppression du courant et son relâchement du fait de la self-induction de l'en- roulement ou des enroulements de l'électro-aimant.
Cela signifie que l'attraction et le relâchement de l'électro- aimant ne suit pas im@édiate@@nt la fermeture ou l'ouver-
<Desc/Clms Page number 2>
ture du circuitd'excitation et il s'ensuit qu'une limite est donnée pour la durée pendant laquelle le circuit
EMI2.1
d'excitation est fer..'-é afin d'assurer un fonctionnement correct clc 1 T.:Ctr O-a'!:.¯:ar?'t, Ce dernier point a une 1...ç>ox<lancc particulière dans les cas où le circuit d'ex- citation esc C s0Llel.i0mt férue pendant une courte période Uc.. temos co:.¯e c' G2t le cas pour le fonctionnement des électro-aimants de commutateurs dans les systèmes de téléphonie auoi.:atic;
ue,
Le but de l'invention est de fournir un électro- aimant etun circuit d'excitation correspondant qui soient
EMI2.2
CO..1.;iL'; de telle façon que les retards au fonctionne- ment indiqués ci-dessus soient réduits afin que l'électro-
EMI2.3
,ai...r. suive àe plus près la fermeture et l'ouverture du circuit d'excitation et qu'il s'ensuive une réduction ,Le 10.
JXLI'e de fermsture du circuit d'excitation tout en ¯, -da.a un foncLlon:.-10E811'G correst de l'électro-aimant. suivant l'invention 1'électro-aimantet le circuit d'excitation qui y correspond sont conçus de telle façon que lorsde la fermeture du circuit d' exci- -cation le courant qui passe à travers 1'électro-aimant
EMI2.4
a;,..=er. rc.piû0Llcnt jusqu'à ce que l'électro-aimant attire et provoque l'insertion d'une résistance dans le circuit d'excitation de manière à réduire le courant à une valeur dépassant légèrement celle pour laquelle 1'électro-aimant relâche afin que lors de l'ouverture ou de la fermeture
EMI2.5
L::
à5.i<c.Lii.t d'excitation 1'électro-aimant attire ou re- lâche avec un retard au fonctionnement minimum.
L'augmentation rapide du courant dans l'électro-
EMI2.6
L:! ¯.-.I¯t est obtenue en diminuant la résistance du circuit afin que le courant tende vers une valeur beaucoup plus
EMI2.7
,;> &.À:11<; que celle (:ni est n':;co8saire pour faire attirer
<Desc/Clms Page number 3>
1'électro-aimant et par conséquent vers une valeur excessive si l'insertion d'une résistance lorsde l'at- traction de 1'électro-aimant n'empêchait pas l'augmenta- tion du courant de dépasser la valeur nécessaire au fonc- tionnement de 1'électro-aimant.
L'invention trouve une application particulière au fonctionnement des commutateurs pas à pas tels qu'on les utilise dans les systèmes de téléphonie automatique, des commutateurs de ce genre comprenant une couronne semi-circulaire suivant laquelle sont disposés des con- tacts de banc et des balais disposés pour passer sur ces contacts par rotation afin d'établir un contact suc- cessif avec les différents contacts de chaque banc. Les balais sont entraînés dans leur rotation par un système de cliquet et roue à rochet commandé par un électro-aimant.
L'invention sera mieux comprise d'après la description suivante de l'application de l'invention à un commutateur pas à pas de ce genre se rapportant aux plans ci-joints comprenant les figures 1 à 3.
La fig. 1 représente le circuit d'excitation ordinaire de 1'électro-aimant.
La fig. 2 représente le circuit d'excitation d'après l'invention et la fig. 3 représente la courbe caractéristique du courant en fonction du temps pour une des bobines de l'électro-aimant figuré dans les circuits représentés aux fig, 1 et 2.
Nous référant à la fig. l qui représente le circuit d'excitation ordinaire de 1'électro-aimant, le contact al d'excitation extérieur à 1'électro-aimant est relié à travers les bobines d'électro-aimant DM en série au négatif de la batterie en:;:';. Un dispositif
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
¯,;>.=é. -étincelles CO',,)h;":Ll1t. un condensateur C et une ;:
. ::;.Lstl2.'1Ce 5x iii=t G 0. aicLiper l'énergie e1i1!:asasin# clans les bobines lorsque le contact al s'ouvre, 1n util-uant se circuit avec une batterie de 3Q volts environ on tl'oUv0.'L1.e la période J.'excitation doit être de plus de 1. j millisecondes avant que le com:matateur sc mette à avancer, ce facteur ayant une influence directe sur la vitesse de fonction'.errent. Il y a également une limite
EMI4.2
ï7.ï:U.?'e pour la é# u;:.:x?1 d'excitation qui peut s'exprimer on pourcent de la période de temps désirée. i/ans 1::;, rie;
. qui représente un circuit d'après l'invention le contactd'excitation extérieur al est relié au négatif de la batterie en il à travers les deux bobines
EMI4.3
".1... ,la 1 t é-! eci.ro-ai c...nt en parallèle et à travers les con- .ioe.cts .a de 1'électro-aimant.
Le dispositif ordinaire de pare -étincelles pour le contact al comprenant un condensateur C et une résistance R est connecté comme
EMI4.4
1-1 est indiqué, et un dispositif pare -étincelles supplé- mentaire comprenant le condensateur Cl et la résistance ail est con:.octé aux bornes des contacts D pour absorber l'énergie emmagasinée dans les bobines lorsque le commu- tateur attire et ouvre ses contacts D. Une résistance r connectée aux bornes des contacts D est introduite dans le circuit lorsque 1'électro-aimant attire.
Puisque les bobines de 1'électro-aimant sont connectées en parallèle on remarquera que la self-induction globale et la résistance des bobines de 1'électro-aimant
EMI4.5
sont chacune réduites a,,,:;rox¯imativeraent au quart de leur valeurs tandis que le ts.u::
d'augmentation du courant dans chacune des bobines est a proyi::ativernent doublé puisque la valeur maximum que l'on peut atteindre est doublée, de telle sorte que le retard, au fonctionnement nécessaire
<Desc/Clms Page number 5>
pour atteindre les conditions dans lesquelles l'attraction peut's'opérer sera réduit au moins de moitié, et dépendra de la grandeur relative des ampère-tours d'attraction aux ampère-tours maximum.
Lorsque la palette d'armature attire dans ces conditions les contacts D de 1'électro- aimant s'ouvrent et réduisent la valeur du courant cir- culant dans 1'électro-aimant jusqu'à ce qu'elle soit seulement suffisante pour maintenir la palette d'armature dans sa position de travail et, ainsi qu'on sait, cette valeur est de beaucoup inférieure à celle nécessaire pour produire l'attraction avec ce type de circuit magné- tique. Quand le contact extérieur s'ouvre il suffit à la valeur réduite du nombre d'ampère-tours de diminuer légèrement pour atteindrela valeur correspondant au courant de relâchement, de telle sorte que le retard au relâchement soit diminué.
De cette façon on remarque que le retard au fonctionnement aussi bien à l'attraction qu'au relâchement peut être sensiblement réduitsans aucune modification mécanique.
Nous référant à la fig. 3 on y voit représentée la courbe caractéristique du courant en fonction du temps pour une des bobines de 1'électro-aimant. Supposons qu'à l'instant t égala. 0 le contact al se ferme et que l'aug- mentation du courant se produise suivant la courbe indi- quée et supposons que le contact al s'ouvre au temps t égal à T et que la chute du courant se passe suivant la courbe indiquée, en ne tenant pas compte des oscillations des circuits par étincelles.
Si le circuit estconnecté de la façon représentée à la fig. 1 la courbe d'augmenta- tion du courant sera celle indiquée par la flèche unique et tendra vers la limite I indiquée par la ligne a-b. Cette courbe passe par la valeur du courant correspondant à
<Desc/Clms Page number 6>
l'attraction de 1'électro-aimant et indiquée par la ligne c-d. @u @@.ps @ + t@ l'élétro-aimant $relâche (on négligeant l'inertie mécanique) la valeur du courant ,;Jour laquelle ce relâchement se produit étant indiqué par la ligne g-h.
La courbe pour le circuit représenté à la fig. 2est indiquée par une double flèche et put s qu'avec ce sys berne de connexion le courant maximum par bobine est doublée le taux initial d'augmentation du courant sera doublé, et après un temps t2 le courant de fonc- tionnement sera atteint pour chacune des bobines et l'électro-aimant en attirant ouvrira ses contacts D pour introduire la résistance r dans le circuit, le courant retombant de ce fait à une valeur se rapprochant du courant nécessaire au maintien de l'attraction tout @n resta@t naturellement supérieur à la valeur pour laquelle ce maintien est assuré,
La valeur du courant de maintien d'attraction est indiquée par la ligne e-f.
Lorsque al s'ouvre ce courant diminuera et passera par la valeur du courant de relâchemen au temps t. ùn voit d'après la figure que t2 est au plus égal à la moitié de tl et qu'il peut être beaucoup moindre que cette moitié suivant le rapport qui existe entre lecourant d'attraction et le courant final que l'on atteint normalement. On voit également que t4 est beaucoup plus petit que t3 et dépend des valeurs relatives du courant d'attraction, de maintien d'attraction et de relâchement; ce rapport est généralement de l'ordre de un demi avec ce type de circuit magnétique.
Four un commutateur ayant deux bobines d'élec- tro-aimant d'une résistance de @7,5 ohms chacune et connectées en une résistance de 100 à 500 ohms
<Desc/Clms Page number 7>
connectée aux bornes des contacts de l'électro-aimant de la manière indiquée ci-dessus, est nécessaire pour assurer le fonctionnement pas à pas correct avec une batterie de 50 volts.
De plus on remarquera qu'une économie consi- dérable dans la consommation du courant de la batterie sera obtenue lors du fonctionnement pas à pas sous l'action des impulsions d'une durée légèrement supérieure au re- tard au fonctionnement, et que par conséquent la chaleur . il qui/est nécessaire de dissiper sera considérablement di- minuée et que la vie des bobines de l'électro-aimant sera par conséquent prolongée. En outre lors d'un dérangement si l'électro-aimant est maintenu excité pendant un temps relativement long le dispositif fait fonction de protection pour éviter que les bobines ne brûlent, puisque le courant est réduit à des valeurs de beaucoup inférieures à celles qu'il atteindrait normalement.
En ce qui concerne l'économie du courant con- sommé à la batterie les longueurs dtimpulsions de fonc- tionnement minimum auèdelà desquelles on peut réaliser une économie varient d'environ 40 millisecondes à 20 milli- secondes suivant que la résistance aux bornes du contact de l'électro-aimant varie de 100 à 300 ohms. Si les lon- gueurs d'impulsions dépassent ces valeurs une économie du courant de consommation de la batterie augmente de telle sorte qu'avec une longueur d'impulsions de 70 milli- secondes elle varie de 20% à 60% suivant que la résistance varie de 100 à 300 ohms.
En ce qui concerne la réduction de la dissipation de chaleur lorsque le commutateur fonctionne continuelle- ment à la vitesse de dix impulsions par seconde, l'augmen- tation de température pour les bobines de 1'électro-aimant
<Desc/Clms Page number 8>
varie de 1/5 à 1/3 de l'augmentation de température pour le circuit ordinaire, alors que pour des conditions de maintien sous courant d'une façon permanente l'aug- mentation de température varie d'environ 6 C à 20 C suivant la valeur du courant de maintien de l'attraction, comparée avec le brûlage naissant des bobines dans les conditions normales.
Le courant total maximum initial circulant dans le circuit de la fig. 2 est double du courant
EMI8.1
' 1 ;-1.ti<,ction àe la fin. 1 mais ne peut pas être beaucoup plus grand que le courant maximum admissible pour la fig. 1 et dépend du rapport du courant de fonctionnement au courant admissible de la fig. 1.
Il est à remarquer que bien que l'invention ait été décrite par rapport à un commutateur ayant un mouvement dans une seule direction, l'invention peut
EMI8.2
al:.:er¯t s 'a;yl iquer aux circuit d'un électro-aimant d'un commutateur ayant desouvements dans deux direc- -cion--, par exemple, un mouvement vertical et un mouve- ment de rotation comme 'est le cas dans les commutateurs à ascension et rotation utilisés dans les systèmes de téléphonie automatique.
<Desc / Clms Page number 1>
'Improvements to electromagnets and their excitation circuits.
The present invention relates to electromagnets in general and relates more particularly to the way in which these electromagnets are actuated.
One of the difficulties with attracting or releasing an electromagnet is that there is always a certain time lapse between the moment of applying current to the electromagnet and its attraction and between the removal of the current and its release due to the self-induction of the winding or windings of the electromagnet.
This means that the attraction and release of the electromagnet does not immediately follow the closing or opening.
<Desc / Clms Page number 2>
of the excitation circuit and it follows that a limit is given for the time during which the
EMI2.1
excitation is closed ..'- to ensure correct operation clc 1 T.:Ctr O-a '!:. ¯: ar?' t, This last point has a 1 ... ç> ox < lancc particular in cases where the excitation circuit esc C s0Llel.i0mt fires for a short period Uc .. co temos: .¯ec 'G2t the case for the operation of the electromagnets of switches in telephone systems auoi.:atic;
eu,
The object of the invention is to provide an electromagnet and a corresponding excitation circuit which are
EMI2.2
CO..1.; IL '; in such a way that the delays in operation indicated above are reduced so that the electro-
EMI2.3
,air. more closely follows the closing and opening of the excitation circuit and a reduction ensues, The 10.
JXLI'e of closing the excitation circuit while ¯, -da. Has a function: .- 10E811'G correst of the electromagnet. according to the invention the electromagnet and the excitation circuit which corresponds to it are designed in such a way that when the excitation circuit is closed, the current which passes through the electromagnet
EMI2.4
a;, .. = er. rc.piû0Llcnt until the electromagnet attracts and causes the insertion of a resistance in the excitation circuit so as to reduce the current to a value slightly exceeding that at which the electromagnet releases in order to only when opening or closing
EMI2.5
L ::
at 5.i <c.Lii.t of excitation, the electromagnet attracts or releases with a minimum operating delay.
The rapid increase in current in the electro-
EMI2.6
L :! ¯ .-. I¯t is obtained by reducing the resistance of the circuit so that the current tends towards a value much more
EMI2.7
,;> &. To: 11 <; than that (: ni is n ':; co8saire to attract
<Desc / Clms Page number 3>
Electromagnet and therefore to an excessive value if the insertion of a resistance during the pulling of the electromagnet did not prevent the increase of the current from exceeding the value necessary for the function. - operation of the electromagnet.
The invention finds particular application in the operation of step-by-step switches as used in automatic telephone systems, switches of this type comprising a semicircular ring along which are arranged bank contacts and switches. brushes arranged to pass over these contacts by rotation in order to establish successive contact with the various contacts of each bank. The brushes are driven in their rotation by a ratchet and ratchet wheel system controlled by an electromagnet.
The invention will be better understood from the following description of the application of the invention to a step-by-step switch of this type relating to the accompanying drawings comprising Figures 1 to 3.
Fig. 1 shows the ordinary excitation circuit of the electromagnet.
Fig. 2 represents the excitation circuit according to the invention and FIG. 3 shows the characteristic curve of the current as a function of time for one of the coils of the electromagnet shown in the circuits shown in figs, 1 and 2.
Referring to fig. 1 which represents the ordinary electromagnet excitation circuit, the external excitation contact al to the electromagnet is connected through the electromagnet coils DM in series to the negative of the battery by: ;: ';. A device
<Desc / Clms Page number 4>
EMI4.1
¯,;>. = É. - sparks CO ',,) h; ": Ll1t. a capacitor C and a;:
. ::;. Lstl2.'1Ce 5x iii = t G 0. aicLipate the energy e1i1!: Asasin # in the coils when the contact al opens, 1n using is circuited with a battery of approximately 3Q volts on tl The period J. excitation must be more than 1.j milliseconds before the com: matator sc starts to advance, this factor having a direct influence on the speed of the wandering function. There is also a limit
EMI4.2
ï7.ï: U.? 'e for the é # u;:.: x? 1 of excitation which can be expressed in percent of the period of time desired. i / years 1 ::;, rie;
. which represents a circuit according to the invention the external excitation contact al is connected to the negative of the battery in il through the two coils
EMI4.3
".1 ..., the 1 t é-! Eci.ro-ai c ... nt in parallel and through the con .ioe.cts .a of the electromagnet.
The ordinary spark arrester device for the al contact comprising a capacitor C and a resistor R is connected as
EMI4.4
1-1 is indicated, and an additional spark arrester comprising the capacitor C1 and the resistor ail is connected to the terminals of the contacts D to absorb the energy stored in the coils when the switch attracts and opens. its contacts D. A resistor r connected to the terminals of the contacts D is introduced into the circuit when the electromagnet attracts.
Since the coils of the electromagnet are connected in parallel it will be noted that the overall self-induction and the resistance of the coils of the electromagnet
EMI4.5
are each reduced to ,,,:; rox¯imativeraent to a quarter of their values while the ts.u ::
increase of the current in each of the coils is expected to be doubled since the maximum value that can be reached is doubled, so that the delay, when operating
<Desc / Clms Page number 5>
to achieve the conditions under which the attraction can 'operate will be reduced at least by half, and will depend on the relative magnitude of the ampere-turns of attraction to the maximum ampere-turns.
When the armature paddle attracts under these conditions the contacts D of the electromagnet open and reduce the value of the current flowing in the electromagnet until it is only sufficient to maintain the voltage. armature pallet in its working position and, as we know, this value is much lower than that necessary to produce the attraction with this type of magnetic circuit. When the external contact opens, it suffices for the reduced value of the number of ampere-turns to decrease slightly to reach the value corresponding to the release current, so that the release delay is reduced.
In this way it can be seen that the delay in operation both in attraction and in release can be appreciably reduced without any mechanical modification.
Referring to fig. 3 shows the characteristic curve of the current as a function of time for one of the coils of the electromagnet. Suppose that at time t equals. 0 contact al closes and the increase in current occurs along the indicated curve and assume that contact al opens at time t equal to T and that the current drop occurs along the indicated curve , not taking into account the oscillations of the spark circuits.
If the circuit is connected as shown in fig. 1 the current increase curve will be that indicated by the single arrow and will tend towards the limit I indicated by line a-b. This curve passes through the value of the current corresponding to
<Desc / Clms Page number 6>
the attraction of the electromagnet and indicated by line c-d. @u @@. ps @ + t @ the electromagnet $ releases (neglecting the mechanical inertia) the value of the current,; The day on which this release occurs is indicated by the line g-h.
The curve for the circuit shown in fig. 2 is indicated by a double arrow and put s that with this connection sys the maximum current per coil is doubled the initial rate of increase of the current will be doubled, and after a time t2 the operating current will be reached for each coils and the electromagnet by attracting will open its contacts D to introduce the resistance r into the circuit, the current falling as a result to a value approaching the current necessary to maintain the attraction while @n remains @ t naturally greater than the value for which this maintenance is ensured,
The value of the holding current of attraction is indicated by the line e-f.
When al opens this current will decrease and will pass through the value of the release current at time t. We see from the figure that t2 is at most equal to half of tl and that it can be much less than this half depending on the ratio which exists between the attractive current and the final current which is normally reached. It can also be seen that t4 is much smaller than t3 and depends on the relative values of the current of attraction, holding of attraction and release; this ratio is generally of the order of half with this type of magnetic circuit.
Four a switch having two solenoid coils with a resistance of @ 7.5 ohms each and connected in a resistance of 100 to 500 ohms
<Desc / Clms Page number 7>
connected to the terminals of the contacts of the electromagnet as indicated above, is necessary to ensure correct stepping operation with a 50 volt battery.
In addition, it will be noted that a considerable saving in the consumption of the current of the battery will be obtained during step-by-step operation under the action of pulses of a duration slightly longer than the delay in operation, and that consequently the heat . It which / is necessary to dissipate will be considerably reduced and the life of the solenoid coils will therefore be prolonged. In addition, in the event of a fault if the electromagnet is kept energized for a relatively long time, the device acts as a protection to prevent the coils from burning, since the current is reduced to values much lower than those that it would normally reach.
With regard to the economy of the current consumed by the battery, the minimum operating pulse lengths beyond which savings can be made vary from about 40 milliseconds to 20 milliseconds depending on whether the resistance at the terminals of the contact of the electromagnet varies from 100 to 300 ohms. If the pulse lengths exceed these values a saving in the current consumption of the battery increases so that with a pulse length of 70 milliseconds it varies from 20% to 60% depending on whether the resistance varies. from 100 to 300 ohms.
With regard to the reduction in heat dissipation when the switch is operated continuously at the rate of ten pulses per second, the temperature increase for the coils of the electromagnet
<Desc / Clms Page number 8>
varies from 1/5 to 1/3 of the temperature increase for the ordinary circuit, while for conditions of keeping current permanently under current the temperature increase varies from about 6 C to 20 C according to the value of the holding current of the attraction, compared with the incipient burning of the coils under normal conditions.
The initial maximum total current flowing in the circuit of fig. 2 is double the current
EMI8.1
'1; -1.ti <, ction at the end. 1 but cannot be much greater than the maximum allowable current for fig. 1 and depends on the ratio of the operating current to the admissible current of FIG. 1.
It should be noted that although the invention has been described with respect to a switch having movement in one direction only, the invention may
EMI8.2
al:.: er¯ts 'a; yl ical to the circuit of an electromagnet of a switch having movements in two directions, for example, a vertical movement and a rotational movement like' is the case in the swing and swing switches used in automatic telephone systems.