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Appareil consommateur d'énergie électrique adapté à être alimenté en courant continu.
L'invention est relative à un appareil consommateur d'énergie électrique, plus particulièrement un appareil ré- cepteur de T.S.F., qui est agencé pour être alimenté en cou- rant alternatif et est adapté à l'alimentation à partir d'un réseau à courant continu par l'utilisation d'un organe vibrant qui interrompt, périodiquement, le circuit à courant continu relié à l'enroulement primaire d'un transformateur d'alimenta- tion.
Pour pouvoir alimenter un appareil récepteur de T.S.F. agencé pour l'alimentation en courant alternatif, à partir d'un secteur à courant continu, on utilise fréquemment
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un organe vibrant ou vibrateur-convertisseur au moyen duquel un courant continu, interrompu périodiquement, est amené à l'enroulement primaire du transformateur d'alimentation, enroulement qui fait partie d'un circuit à courant continu.
L'enroulement primaire du transformateur d'alimentation com- porte, par exemple, une prise médiane qui est reliée à l'une des bornes d'une source de courant continu dont l'autre borne est raccordée à un ressort de contact qui est maintenu en vibration par un électro-aimant et au moyen duquel cette dernière borne est reliée alternativement à l'une et à l'autre des deux extrémités de l'enroulement primaire. Ceci a pour ré- sultat qu'un courant continu parcourt alternativement l'une et l'autre des deux moitiés de l'enroulement primaire, ces courants aimantant le transformateur dans des sens opposés.
Ce montage présente l'inconvénient que toujours seulement l'une des moitiés de l'enroulement primaire est en service et que cet enroulement doit comporter une prise médiane.
On peut obvier aux inconvénients précités en utili- sant un vibrateur-convertisseur comportant deux systèmes de contacts d'interrupteur qui permettent de commuter périodi- quement le courant circulant dans l'ensemble de l'enroulement primaire. Quoi qu'on évite ainsi l'utilisation de cuivre sup- plémentaire pour l'enroulement primaire et d'une prise médiane, il est nécessaire, si l'on utilise le convertisseur pour l'ali- mentation d'un appareil radio-électrique, d'intercaler dans chacun des quatres conducteurs de jonction qui relient les contacts d'interruption respectivement aux deux bornes de rac- cordement au réseau et aux extrémités de l'enroulement du transformateur, un filtre permettant d'éliminer les parasites de haute fréquence tandis que le dispositif connu mentionné en premier lieu nécessite l'utilisation de trois de ces filtres.
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De plus, le grand nombre de contacts qui, en vue d'obtenir une longue durée de service du vibrateur, sont établis en un métal spécial et traité de façon particulière, donne lieu à des inconvénients et est assez coûteux.
De plus, si l'on utilise les dispositifs connus précités pour adapter un appareil de consommation, agencé pour être alimenté en courant alternatif, à l'alimentation à partir d'un réseau à courant continu, les deux conducteurs @ d'amenée de courant de l'appareil doivent être interrompus ' avant que le vibrateur-convertisseur puisse être mis en circuit.
La présente invention permet de remédier aux incon- vénients inhérents aux dispositifs connus.
Conformément à l'invention, un seul des conducteurs qui relient les extrémités de l'enroulement primaire du transformateur d'alimentation à l'une des bornes de raccorde- ment du réseau, comporte un contact qui est interrompu pério- diquement par l'organe vibrant, ce contact étant shunté par la liaison en série d'un condensateur et dtne résistance.
Le courant qui. parcourt l'enroulement primaire quand le contact est fermé (appelé ci-après pour plus de simplicité "demi-période positive") engendre un champ magné- tique qui produit, lorsque le contact s'ouvre, dans les en- roulements primaire et secondaire un courant de polarité opposée (nommé ci-après pour plus de simplicité "demi-période négative"), qui charge le condensateur précité. Selon un mode de réalisation très avantageux de la présente invention, pour assurer que la demi-période négative ainsi produite fournisse une très forte proportion de la totalité de l'énergie consom- mée, le transformateur est calculé de telle façon que, au cours du fonctionnement, il soit périodiquement fortement saturé.
Pour éviter, plusparticulièrement quand le contact se ferme, que le condensateur se décharge trop brusquement, on doit connecter une résistance en série avec ce dernier.
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La valeur du condensateur et le degré de la satura- tion périodiquement produite dans le transformateur, sont choisis, de préférence, de telle façon que l'amplitude maximum de la tension alternative se produisant aux bornes de l'enroulement primaire lorsque le contact est ouvert, soit approximativement égale à la tension d'alimentation du réseau à courant continu et, de préférence, supérieure à cette ten- sion.
L'invention ainsi que les avantages particuliers que son application permet de réaliser, seront expliqués ci-âpres en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limi- tatif, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant bien entendu partie de celle-ci.
La fig. 1 représente le schéma de couplage d'un vibrateur-convertisseur qui est raccordé à une source de courant continu 1 et alimente un appareil de consommation 2 relié à l'enroulement secondaire :5 d'un transformateur 3.
Les extrémités de l'enroulement primaire 4 de ce transforma- teur sont reliées, par l'intermédiaire des conducteurs 8 et 9, respectivement aux bornes 6 et 7 du réseau. Le conducteur 8 seul comporte un contact 11 qui est interrompu périodiquement par un organe vibrant 10. Cet organe est maintenu en vibration par un électro-aimant 12 qui shunte le contact 11.
Pour réduire au minimum le courant requis pour l'excitation de l'électro-aimant, on a connecté en parallèle avec la bobine de champ 13 un condensateur 14 ayant une capa- cité telle que le circuit oscillantformé par la bobine 13 et le condensateur 14, possède une fréquence propre qui cor- respond à la fréquence propre de l'organe vibrant 10. L'une des extrémités de la bobine 13 est reliée de façon directe à l'un des éléments du contact 11 et l'autre, à travers une
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résistance 15,à l'autre élément de ce contact. La résistance
15 sert à réduire la tension existant aux bornes de la bobine
13.
Pour éviter la production de parasites de haute fréquence, dueà l'ouverture et la fermeture du contact, dans le réseau, le transformateur et l'appareil de consomma- tion relié à ce dernier,on a connectéles éléments qui constituent le contact périodiquement fermé respectivement.
. à l'une des extrémités de l'enroulement primaire 4 et à la borne de raccordement 6 du réseau, par l'intermédiaire d'un filtre destiné à éliminer des parasites de haute fréquence et constitué par une bobine 18 et un condensateur 19.. On a trouvé que celles des armatures des condensateurs 19 qui ne sont pas reliés au conducteur 8, n'ont pas besoin d'être mises à la terre séparément.
De ce chef, le vibrateur qui est réuni en un ensemble avec les filtres anti-parasites, ne com- porte en général que deux bornes de raccordement et la mise en circuit du vibrateur, en vue d'approprier un appareil consommateur d'énergie électrique comportant un transformateur d'alimentation et agencé pour être alimenté en courant alter- natif, à l'alimentation en courant continu, peut être ef- fectuée d'une façon extrêmement simple.
En parallèle avec le contact 11 est monté un condensateur 16 en série avec une résistance 17.
Le fonctionnement du convertisseur sera expliqué en détail à l'aide d'un schéma simplifié (fig.2) et de dia- grammes tracés à l'oscillographe (fig. 3, 4 et 5).
Entre les bornes 6 et 7 servant à raccorder le système de couplage au réseau, il existe la tension continue
E. Le conducteur 8 comporte un condensateur C et un contact d'interruption 11 connecté en parallèle avec ce condensateur.
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Le transformateur 3 et l'appareil de consommation 2 qui y est raccordé, sont remplacés par une self-inductance L et une résistance ohmique R connectée en parallèle avec cette dernière. Les filtres intercalés dans le conducteur 8 pour éliminer les parasites de haute fréquence, sont omis parce qu'ils n'ont aucun intérêt pour les phénomènes à basse fréquence qui entrent ici en ligne de compte.
Lorsque le contact 11 est fermé, le condensateur C est court-circuité et la bobine L ainsi que la résistance R sont connectées directement en parallèle avec la source de courant continu. Le courant circulant alors dans le cir- cuit (demi-période positive) se compose de deux composantes, à savoir le courant parcourant la résistance R ( Il,) et le courant magnétisant de la bobine L (Im). Sur le diagramme de la fig. 3 ces composantes sont nettement visibles.
Lorsque le contact se ferme, IR acquiert, en effet, presqu'immédiatement sa valeur maximum tandis que le cou- rant magnétisant Im est, par suite de l'augmentation gra- duelle de la saturation, au début trèsfaible et puisaug- mente suivant une courbe d'allure exponentielle. Cette forte augmentation de l'intensité du courant magnétisant provoque une accumulation d'énergie magnétique dans la bobine L dans l'intervalle de temps pendant lequel le contact est fermé.
Lorsque le contact 11 s'ouvre, cette énergie magnétique accumulée dans la bobine L provoque un courant dont la po- larité est opposée à celle du courant qui circulait lorsque le contact était fermé.
Le choix judicieux de la section du noyau disposé dans le champ magnétique de la bobine et de la capacité du condensateur C qui fonctionne exclusivement quand le contact est ouvert, permet d'obtenir une demi-période né-
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gative de la tension alternative aux bornes de la bobine L (ou bien aux bornes de l'enroulement primaire ou secondaire du transformateur d'alimentation) dont l'amplitude est supérieure à la tension d'alimentation E. En accord avec ceci, le conden- sateur est chargé par l'énergie magnétique libérée jusqu'à une tension EC qui est supérieure à 2 E.
Si le condensateur a une capacité trop grande, l'énergie magnétique libérée est insuffisante pour provoquer une charge suffisamment élevée tan- dis que, d'autre part, si le condensateur a une capacité trop faible, la tension existant aux bornes du condensateur et des éléments du contact, acquiert une valeur excessive de sorte que l'ouverture du contact donne lieu à la production d'un fort arc. On a trouvé, par expérience, que la valeur du condensateur n'est pas d'une importance critique. Lorsque le contact 11 s'ouvre, la charge du condensateur provoquée par l'énergie magnétique libérée, crée dans le circuit à courant continu un courant dont la polarité est opposée à celle de la tension d'alimentation, comme le montre nettement la fig. 3.
(demi-période négative).
La fig. 4 représente un diagramme de la tension alternative se produisant aux bornes de la bobine L ou de l'enroulement primaire. Lorsque le contact se ferme, la tension Ep est égale à E et pendant le reste du temps de fermeture, elle demeure constante.
Lorsque le contact s'ouvre, la tension diminue très rapidement, devient négative (Ep E) et puis diminue sui- vant une courbe d'allure exponentielle. Comme il ressort nettement de la fig. 2, lorsque le contact se ferme, la tension aux bornes du condensateur est de E volts environ de sorte que, pour éviter la production d'un arc entre les éléments du contact au moment où ce dernier se ferme, il est
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nécessaire de connecter une résistance en série avec le condensateur.
Enfin, la fig. 5 représente un diagramme de la ten- sion alternative se produisant aux bornes de l'enroulement secondaire 5. Ce diagramme présente sensiblement la même forme que celui de la tension existant aux bornes de l'enrou- lement primaire mais dans l'allure de ce diagramme, plus par- ticulièrement dans la demi-période négative, se manifestent les pertes se produisant pour une saturation excessive.
En raison de son système de couplage extrêmement simple, du faible nombre d'éléments de connexion et de con- ducteurs de raccordement ainsi que en raison de la simple manière de réaliser une élimination suffisante des parasites, le vibrateur-convertisseur décrit ci-dessus convient pour être utilisé plus particulièrement dans les appareils radio- électriques qui demandent,en général, l'utilisation d'un con- vertisseur trèsbon marché.
Pour donner une idée des valeurs des éléments prin- cipaux du montage, ci-après sont données, à titre d'exemple, les valeurs telles qu'elles sont utilisées de préférence quand le convertisseur est monté dans un récepteur de T.S.F. dont l'énergie consommée est de 25 watts environ. La self- induction L du transformateur non saturé, mesurée du côté primaire, était de 6 henrys pour une tension d'alimentation E de 220 volts tandis que l'impédance de charge R s'élevait à 2000 ohms. Comme il a été dit ci-haut on a trouvé que la valeur du condensateur n'est pas d'une importance critique.
Pour des condensateurs dont les capacités étaient comprises entre 0,2 @F et 0,5 @F, on obtient des résultats satisfaisants.
La résistance 17 peut avoir une valeur relativement faible, par exemple de 50 ohms. Le transformateur comporte un noyau
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établi en tôle dynamo ordinaire et est, calculé de telle façon que l'induction magnétique maximum s'élève à 14500 Gauss environ,cette valeur maximum correspondant à un point de la partie horizontale de la courbe d'aimantation du fer du noyau. On a trouvé que, pour les valeurs précitées, la valeur efficace de la tension alternative existant du côté primaire du transformateur,ne différait que légèrement de la tension d'alimentation à courant continu. On obtient une élimination suffisante des parasites en utilisant les filtres à haute fréquence représentés sur la fig. 1 qui comportent des con- densateurs 19 de 0,1 pF et des self-inductances 18 de 1,5 m. henry environ.
Les filtres anti-parasites sont montés, de préférence, conjointement avec l'organe vibrant et avec les éléments connectés en parallèle avec ce dernier, à linté- rieur d'un boîtier métallique qui peut être d'encombrement très réduit en raison des faibles dimensions et du petit nombre des éléments, de sorte qu'il peut être aisément disposé dans l'appareil récepteur où il n'occupe que peu de place.