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Génératrice à courant continu pour des tensions de consommation plus élevées que les petits voltages, notamment pour installations électriques d'avions.
L'invention concerne une génératrice à courant continu pour des tensions de consommation plus élevées que les petits vol- tages, dont la tension aux bornes est réglée par une influence exercée sur son enroulement d'excitation, notamment pour installa- tions électriques d'avions.
Les installations de distribution d'électricité de véhi- cules tels que les automobiles, ainsi que celles des avions, fonctionnaient jusqu'à présent avec des petits voltages, né,dépas- sant généralement guère 24 volts. Pour régler la tension des géné- ratrices pour ces petits voltages, entrainées par les moteurs de l'automobile ou de l'avion, on connaît des régulateurs à l'aide
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desquels on peut régir les opérations de réglage à petit voltage, par exemple des régulateurs électromagnétiques à contacts, qui par exemple dans le cas d'une génératrice shunt à auto-excitation influent sur l'enroulement en dérivation en ouvrant et en fermant leurs contacts.
Dans ce cas les contacts du régulateur électroma- gnétique sont intercalés dans le circuit de l'enroulement d'exci- tation et s'ouvrent et se ferment sous la dépendance de la tension aux bornes de la génératrice. Généralement, ils connectent pério- diquement une résistance en série avec l'enroulement d'excitation et le mettent en court-circuit. Le courant d'excitation, parfois intense, traverse ainsi les contacts.
On sait que sur les contacts s'ouvrant et se fermant alors qu'ils sont parcourus par un courant où alors qu'ils sont sous tension, des arcs électriques se produisent aussitôt que le courant ou la tension dépasse une certaine valeur limite, et que ces arcs électriques fatiguent considérablement les contacts.
Cette fatigue est d'autant plus grande que le courant et la ten- sion sont plus intenses.
Avec les génératrices shunt précitées il était usuel de connecter l'enroulement d'excitation en dérivation aux balais de la génératrice, c'est-à-dire de le faire fonctionner sous la ten- sion aux bornes de la génératrbe. Par suite, dans ce montage, la tension aux bornes de la génératrice règne sur les contacts du ré- gulateur électromagnétique de tension précité. Toutefois, le montage dans lequel l'enroulement d'excitation fonctionne sous la tension aux bornes de la génératrice ne peut être conservé que tant que la tension aux bornes de la génératrice demeure dans les limites des petits voltages, c'est-à-dire dans les limites des tensions à régir à l'aide des régulateurs précités pour petits voltages.
Si des tensions plus élevées étaient appliquées aux contacts, elles auraient pour effet d'user rapidement les contacts et de rendre inutilisable prématurément le régulateur de tension.
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L'accroissement continuel des puissances électriques, requises notamment sur les avions, oblige à adopter des tensions de consommation notablement supérieures aux petits voltages utilisés jusqu'à présent. Toutefois, d'âpres ce qui précède, on ne pourrait plus employer sous ces tensions, avec le montage des enroulements d'excitation qui était utilisé jusqu'ici, les régulateurs de tension à petit voltage qui en soi sont cependant d'un fonctionnement très sûr.
Suivant l'invention, on adopte pour l'enroulement d'excitation une tension propre à être régie à l'aide de régulateurs de tension pour petits voltages. On obtient ainsi l'avantage que les régulateurs à petit voltage, ayant fait leurs preuves et assurant un réglage parfaitement sûr de la tension, puissent être employés aussi dans des installations de distribution d'électricité à tensions de consommation plus élevées ou à tensions plus élevées aux bornes de la génératrice. Notamment avec les génératrices à auto-excitation, ceci présente l'avantage qu'on peut, sans devoir augmenter le poids de la génératrice, employer un régulateur de tension de faible poids, étant donné que les régulateurs de tension à petit voltage, notamment les régulateurs électromagnétiques à contacts, ont un poids relativement très faible.
Les dessins annexés représentent deux exemples d'exécu- tion de l'invention. Dans les dessins:
Fig. 1 montre une génératrice à courant continu excitée en dérivation, comportant un balai auxiliaire pour l'enroulement d'excitation et
Fig. 2 montre une génératrice à courant continu excitée en dérivation, à l'induit de laquelle on prend du courant alterna- tif.
Sur la fig. 1, le stator 1 d'une génératrice à courant continu excitée en dérivation, qui est entraînée à vitesse variable par un moteur d'avion, non représenté, comporte des pôles princi- @
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paux 2 et des pôles de commutation 3. Les pôles principaux 2 portent un enroulement d'excitation en dérivation 4, les pôles de commutation 3 un enroulement 5 parcouru par le courant principal.
Sur le collecteur 6 d'un induit 7 de la génératrice frottent deux balais principaux 8, 9 et un balai auxiliaire 10.
L'enroulement d'excitation 4 de la génératrice est connecté d'une part au balais 8 et d'autre part, par l'intermédiaire de contacts 11,12 d'un régulateur électromagnétique à contacts 13, au balai auxiliaire 10.
Le régulateur à contacts 13 est constitué par une équerre magnétique 14 à noyau magnétique 15 portant une bobine en dériva- tion 16 et par une armature 17 qui est suspendue au moyen d'une lame de ressort 18 à la branche verticale de l'équerre magnétique 14 de manière que lorsque le noyau 15 est excité il puisse attirer cette armature. Le contact 11 est fixé sur l'armature 17. En regard de lui est disposé le contact 12 fixé avec interposition d'isolant sur l'équerre magnétique. La bobine en dérivation 16 est raccordée à la ligne de réseau partant des balais principaux 8, 9 de la génératrice, c'est-à-dire qu'elle est alimentée par la tension aux bornes de la génératrice.
Par contre, les contacts 11, 12 sont montés directement en série avec l'enroulement d'excitation 4 de la génératrice, de sorte qu'ils opèrent sous la tension régnant dans l'enroulement d'excitation 4. Sur les contacts 11, 12 est branchée en parallèle une résistance 19. A partir du balai princi- pal 9, une batterie d'accumulateurs 21 et un consommateur de cou- rant 22 peuvent être reliés à la génératrice par l'intermédiaire de l'enroulement 5 des pôles de commutation ainsi que d'un inter- rupteur électromagnétique automatique de charge 20 représenté schématiquement. Le conducteur de retour partant de la batterie et du consommateur de courant mène au: balai principal 8.
Comme on l'a déjà fait remarquer, l'enroulement 16 du régulateur électromagnétique 13 est excité par la tension totale aux bornes de la génératrice. Sur les contacts 11, 12, par contre,
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ne règne que la tension de l'enroulement d'excitation 4, étant don- né qu'ils sont montés directement en série avec celui-ci. Cette tension pour l'enroulement d'excitation 4 de la génératrice est choisie de manière qu'on puisse régir sous son action des opéra- tions d'enclenchement et de déclenchement exécutées sur les contacts 11, 12. La tension appliquée à l'enroulement d'excita- tion 4 est d'environ 30 volts. La tension aux bornes de la géné- ratrice peut par contre être de 110 volts.
On obtient la tension de l'enroulement d'excitation notablement réduite en comparaison de la tension aux bornes, du fait que l'enroulement d'excitation est connecté à un des balais principaux 8 et au balai auxiliaire 10 que l'on dispose sur le collecteur 6 de telle sorte que la tension requise pour l'enroulement d'excitation 4 soit prise entre les balais 8 et 10. Le collecteur 6 de l'induit 7 fait ainsi office de potentiomètre pour l'enroulement d'excitation 4.
La génératrice comporte des pôles de commutation 3 qui servent notamment à empêcher une distorsion du champ, gênant par- fois les opérations de réglage automatique simples. L'enroule- ment d'exeitation4fonctionne ainsi constamment sous une tension exempte de distorsion. Le réglage de la tension est assuré exclu- sivement par le régulateur à contacts électromagnétique 13. Ce réglage automatique est opéré de manière connue comme suit : à partir d'une tension déterminée de la génératrice, tournant à des vitesses variables, tension sous laquelle est excité l'enroule- ment 16 du régulateur à contacts 13, ce régulateur ouvre et ferme périodiquement les contacts 11, 12, de sorte que la résistance 19 est alternativement connectée en série avec l'enroulement d'exci- tation 4 de la génératrice et court-circuitée.
Ceci a pour effet de maintenir constante la tension de la génératrice malgré les variations de la vitesse de rotation.
Grâce au choix et au montage nouveaux de l'enroulement shunt il est devenu possible, malgré la tension aux bornes de la génératrice, trop élevée pour le régulateur à contacts pour
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tension réduite, d'effectuer le réglage de la tension de cette génératrice à l'aide de ce régulateur à contacts à petit vol- tage. De cette façon les régulateurs à contacts à petit voltage, ayant fait leurs preuves, qui comme tels ont un fonctionnement sûr, une construction simple et un faible poids, demeurent uti- lisables pour des installations de distribution de courant ayant toute tension voulue aux bornes du consommateur.
Le nouveau montage de l'enroulement d'excitation entre un lalai principal et un balai auxiliaire ne doit pas être con- fondu avec les dynamos d'éclairage "à trois balais" connues pour automobiles, dans lesquelles, comme on le sait, on tire profit, à dessein, de la distorsion du champ, qui augmente avec les vitesses de rotation croissantes. Avec ces dynamos connues, la tension aux extrémités de l'enroulement -d'excitation et partant aussi la tension aux contacts du régulateur électromagnétique à contacts, si celui-ci est employé supplémentairement pour ces dynamos, varie sensiblement entre la tension aux bornes de la génératrice et des tensions inférieures qui s'établissent aux vitesses de rotation élevées par suite de la distorsion du champ.
Dans le nouveau montage, par contre, on prend au collecteur de la génératrice, pour l'enroulement d'excitation, tout en recourant à des mesures empêchant la distorsion du champ, une tension déterminée qui est choisie de manière que la fatigue des contacts du régulateur électromagnétique de tension, montés en série avec l'enroulement d'excitation, soit maintenue dans les limites admises pour les installations à petit voltage des automobiles. Le collecteur de la génératrice sert donc simplement de potentiomètre pour l'en- roulement d'excitation.
La fig. 2 montre un exemple d'exécution dans lequel une tension alternative est prise à l'induit de la génératrice.
Sur les pôles 32 du stator 31 d'une génératrice à courant continu excitée en dérivation, qui est entrainée à vitesse variable par
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un moteur d'avion non représenté, est adapté un enroulement d'excitation shunt 33..L'induit 34 de la génératrice comporte un collecteur 35 et des bagues 36, 37. La tension engendrée par la génératrice est prise au collecteur, par l'intermédiaire de balais 38, 39, sous forme d'une tension continue à laquelle sont raccor- dés par l'intermédiaire d'un interrupteur automatique 40, repré- senté schématiquement, une batterie d'accumulateurs 41 et un con- sommateur de courant 42. La tension continue est supposée, comme précédemment, être de par exemple 110 volts.
Les bagues 36, 37 sont connectées à deux points de l'enroulement de l'induit 34, entre lesquels règne la tension totale de l'induit. Des balais 43, 44 prennent aux bagues 36, 37 la tension alternative engendrée et l'envoient à l'enroulement primaire 46 d'un transformateur 45.
Dans le transformateur 45 la tension totale de l'induit est abaissée au niveau requis pour l'enroulement d'excitation 33.
Cette tension abaissée est prise à l'enroulement secondaire 47 du transformateur 45. Pour une tension continue de 110 volts, la ten- sion alternative totale de l'induit est d'environ 74 volts, tandis que la tension aux extrémités de l'enroulement secondaire 47 peut être de 30 volts, qui est par exemple une tension pour la- quelle conviennent les régulateurs à petit voltage du type pré- cité. L'enroulement secondaire 47 du transformateur 45 est con- necté à un redresseur d'onde complète 48. A ce redresseur sont connectés d'une part une extrémité de l'enroulement d'excitation 33 et d'autre part un contact 49 d'un régulateur électromagné- tique à contacts 50.
Le régulateur à contacts 50 est un régulateur à petit voltage du type du régulateur 13 de la fig. 1 et il est constitué par une équerre magnétique 51 à noyau magnétique 52 portant une bobine en dérivation 53, et par une armature 54 qui est suspendue au moyen d'une lame de ressort 55 à la branche ver- ticale de l'équerre magnétique 51 de manière que lorsque le noyau magnétique 52 est excité il puisse attirer cette armature. L'autre extrémité de l'enroulement d'excitation est connectée au noyau magnétique 52. L'armature 54 porte un contact 56 disposé en regard
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du contact 49 qui à son tour est fixé avec interposition d'isolant sur l'équerre magnétique 51.
La bobine en dérivation 53 est rac- cordée aux conducteurs partant des balais 38, 39 du collecteur 35 et est de ce fait excité par la tension totale aux bornes de la génératrice. Par contre, les contacts 49, 56 sont montés directe- ment en série avec l'enroulement d'excitation 33, si bien que sur ces contacts ne règne que la tension continue abaissée prise au redresseur 48. Une résistance 57 est branchée en parallèle sur les contacts 49,56, fermés dans leur position de repos.
Le réglage de la tension s'opère de la même manière que cela a été décrit avec référence à la fig. 1, savoir qu'à partir d'une tension déterminée de la génératrice la résistance 57 est périodiquement connectée en série à l'enroulement d'excitation 33 et mise en court circuit, par l'ouverture et la fermeture des contacts 49,56.
Comme on l'a déjà fait remarquer, la tension totale aux bornes de la génératrice peut être de 110 volts, tandis que la tension pour l'enroulement d'excitation 33 n'est que de 30 volts.
Cette tension est choisie de manière que les opérations d'enclen- chement et de déclenchement exécutées sur les contacts 49,56 puissent être régies sous cette tension. Avec le montage de la fig. 2 il est donc également possible de régler la tension de génératrices dont les tensions aux bornes sont notablement plus élevées que les petits voltages utilisés à bord des automobiles, à l'aide des régulateurs de tension à petit voltage employée et ayant fait leurs preuves dans ces installations à petit voltage.
Au lieu de régulateurs électromagnétiques à contacts on peut aussi employer d'autres régulateurs de tension à petit voltage, par exemple des régulateurs électromagnétiques à con- tacts en charbon. De même, l'invention n'est point limitée aux génératrices à courant alternatif-excitées en dérivation.
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Direct current generator for higher consumption voltages than small voltages, in particular for aircraft electrical installations.
The invention relates to a direct current generator for consumption voltages higher than small volts, the terminal voltage of which is regulated by an influence exerted on its excitation winding, in particular for aircraft electrical installations. .
Electricity distribution installations in vehicles such as automobiles, as well as in airplanes, have hitherto operated with small voltages, n, generally hardly exceeding 24 volts. To adjust the voltage of the generators for these small voltages, driven by the engines of the automobile or the plane, regulators are known using
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from which the low voltage adjustment operations can be governed, for example electromagnetic contact regulators, which for example in the case of a self-excited shunt generator influence the bypass winding by opening and closing their contacts.
In this case, the contacts of the electromagnetic regulator are interposed in the circuit of the excitation winding and open and close depending on the voltage at the terminals of the generator. Usually, they periodically connect a resistor in series with the excitation winding and short-circuit it. The excitation current, sometimes intense, thus passes through the contacts.
We know that on the contacts opening and closing when they are traversed by a current or while they are under tension, electric arcs occur as soon as the current or the tension exceeds a certain limit value, and that these electric arcs considerably tire the contacts.
This fatigue is all the greater as the current and the tension are more intense.
With the aforementioned shunt generators it was customary to connect the excitation winding in shunt to the brushes of the generator, that is to say to make it operate under the voltage at the terminals of the generator. Consequently, in this assembly, the voltage at the terminals of the generator prevails over the contacts of the aforementioned electromagnetic voltage regulator. However, the assembly in which the excitation winding operates under the voltage at the terminals of the generator can only be kept as long as the voltage at the terminals of the generator remains within the limits of small voltages, that is to say within the limits of the voltages to be regulated using the aforementioned regulators for small voltages.
If higher voltages were applied to the contacts, they would quickly wear out the contacts and make the voltage regulator prematurely unusable.
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The continual increase in electrical power, required in particular on airplanes, makes it necessary to adopt consumption voltages which are notably higher than the small voltages used until now. However, from the foregoing, one could no longer use under these voltages, with the assembly of the excitation windings which was used until now, the low voltage voltage regulators which in themselves are however of a very efficient operation. sure.
According to the invention, a voltage suitable for being regulated by means of voltage regulators for small voltages is adopted for the excitation winding. This gives the advantage that low voltage regulators, which have proven their worth and ensure perfectly safe voltage regulation, can also be used in electricity distribution installations with higher consumption voltages or higher voltages. at the terminals of the generator. Particularly with self-excited generators, this has the advantage that, without having to increase the weight of the generator, a low-weight voltage regulator can be used, since low-voltage voltage regulators, in particular electromagnetic contact regulators have a relatively very low weight.
The accompanying drawings show two exemplary embodiments of the invention. In the drawings:
Fig. 1 shows a direct current generator excited in shunt, comprising an auxiliary brush for the excitation winding and
Fig. 2 shows a direct current generator excited in shunt, from which the armature is taken alternating current.
In fig. 1, the stator 1 of a shunt-excited DC generator, which is driven at variable speed by an aircraft engine, not shown, has main poles.
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poles 2 and switching poles 3. The main poles 2 carry a branch excitation winding 4, the switching poles 3 a winding 5 through which the main current flows.
On the collector 6 of an armature 7 of the generator rub two main brushes 8, 9 and an auxiliary brush 10.
The excitation winding 4 of the generator is connected on the one hand to the brushes 8 and on the other hand, via contacts 11, 12 of an electromagnetic regulator with contacts 13, to the auxiliary brush 10.
The contact regulator 13 consists of a magnetic bracket 14 with a magnetic core 15 carrying a bypass coil 16 and by an armature 17 which is suspended by means of a leaf spring 18 from the vertical branch of the magnetic bracket. 14 so that when the core 15 is excited it can attract this reinforcement. The contact 11 is fixed on the frame 17. Opposite it is arranged the contact 12 fixed with the interposition of insulation on the magnetic bracket. The bypass coil 16 is connected to the network line starting from the main brushes 8, 9 of the generator, that is to say it is supplied by the voltage at the terminals of the generator.
On the other hand, the contacts 11, 12 are mounted directly in series with the excitation winding 4 of the generator, so that they operate under the voltage prevailing in the excitation winding 4. On the contacts 11, 12 is connected in parallel a resistor 19. From the main brush 9, an accumulator battery 21 and a current consumer 22 can be connected to the generator via the winding 5 of the switching poles as well as an automatic electromagnetic charge switch 20 shown schematically. The return conductor from the battery and the current consumer leads to: main broom 8.
As already pointed out, the winding 16 of the electromagnetic regulator 13 is excited by the total voltage across the terminals of the generator. On contacts 11, 12, on the other hand,
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only the voltage of the excitation winding 4 prevails, given that they are connected directly in series with it. This voltage for the excitation winding 4 of the generator is chosen so that, under its action, it is possible to control the latching and tripping operations carried out on the contacts 11, 12. The voltage applied to the winding excitation 4 is about 30 volts. On the other hand, the voltage across the generator can be 110 volts.
The voltage of the excitation winding is significantly reduced compared to the voltage at the terminals, due to the fact that the excitation winding is connected to one of the main brushes 8 and to the auxiliary brush 10 which is placed on the collector 6 such that the voltage required for the excitation winding 4 is taken between the brushes 8 and 10. The collector 6 of the armature 7 thus acts as a potentiometer for the excitation winding 4.
The generator comprises switching poles 3 which serve in particular to prevent distortion of the field, sometimes hindering simple automatic adjustment operations. The exeitation4 winding thus operates constantly under a distortion-free voltage. The voltage is adjusted exclusively by the electromagnetic contact regulator 13. This automatic adjustment is carried out in a known manner as follows: from a given voltage of the generator, rotating at variable speeds, voltage at which is energized the winding 16 of the contact regulator 13, this regulator periodically opens and closes the contacts 11, 12, so that the resistor 19 is alternately connected in series with the excitation winding 4 of the generator and short-circuited.
This has the effect of keeping the voltage of the generator constant despite variations in the speed of rotation.
Thanks to the new choice and assembly of the shunt winding it became possible, despite the voltage at the terminals of the generator, too high for the contact regulator to
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reduced voltage, adjust the voltage of this generator using this small voltage contact regulator. In this way the tried and tested low voltage contact regulators, which as such have safe operation, simple construction and low weight, remain usable for current distribution installations with any desired voltage across the terminal. consumer.
The new arrangement of the excitation winding between a main and an auxiliary brush should not be confused with the known "three brush" lighting dynamos for automobiles, in which, as is known, one pulls advantage, on purpose, of the field distortion, which increases with increasing rotational speeds. With these known dynamos, the voltage at the ends of the excitation winding and hence also the voltage at the contacts of the electromagnetic contact regulator, if the latter is used additionally for these dynamos, varies appreciably between the voltage at the terminals of the generator and lower voltages which arise at high rotational speeds as a result of field distortion.
In the new assembly, on the other hand, we take from the collector of the generator, for the excitation winding, while resorting to measures preventing the distortion of the field, a determined voltage which is chosen so that the fatigue of the contacts of the electromagnetic voltage regulator, mounted in series with the excitation winding, is kept within the limits allowed for low voltage automobile installations. The generator collector therefore serves simply as a potentiometer for the excitation winding.
Fig. 2 shows an example of execution in which an alternating voltage is taken at the armature of the generator.
On the poles 32 of the stator 31 of a direct current generator excited in shunt, which is driven at variable speed by
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an aircraft engine, not shown, is fitted with a shunt excitation winding 33. The armature 34 of the generator comprises a collector 35 and rings 36, 37. The voltage generated by the generator is taken at the collector, by the 'intermediate brushes 38, 39, in the form of a direct voltage to which are connected by means of an automatic switch 40, shown schematically, an accumulator battery 41 and a current consumer 42. The direct voltage is assumed, as before, to be for example 110 volts.
The rings 36, 37 are connected to two points of the winding of the armature 34, between which the total tension of the armature prevails. Brushes 43, 44 take from rings 36, 37 the generated alternating voltage and send it to the primary winding 46 of a transformer 45.
In transformer 45 the total armature voltage is lowered to the level required for the excitation winding 33.
This lowered voltage is taken at secondary winding 47 of transformer 45. For a DC voltage of 110 volts, the total AC armature voltage is about 74 volts, while the voltage at the ends of the winding secondary 47 may be 30 volts, which is for example a voltage for which low voltage regulators of the above type are suitable. The secondary winding 47 of the transformer 45 is connected to a full wave rectifier 48. To this rectifier are connected on the one hand one end of the excitation winding 33 and on the other hand a contact 49 of. an electromagnetic regulator with contacts 50.
The contact regulator 50 is a low voltage regulator of the type of regulator 13 of FIG. 1 and it consists of a magnetic bracket 51 with a magnetic core 52 carrying a bypass coil 53, and by an armature 54 which is suspended by means of a leaf spring 55 from the vertical branch of the magnetic bracket 51 so that when the magnetic core 52 is excited it can attract this armature. The other end of the excitation winding is connected to the magnetic core 52. The armature 54 carries a contact 56 disposed opposite.
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contact 49 which in turn is fixed with the interposition of insulation on the magnetic bracket 51.
The shunt coil 53 is connected to the conductors extending from the brushes 38, 39 of the collector 35 and is therefore energized by the total voltage across the generator. On the other hand, the contacts 49, 56 are mounted directly in series with the excitation winding 33, so that on these contacts only the lowered direct voltage taken from the rectifier 48 prevails. A resistor 57 is connected in parallel on contacts 49,56, closed in their rest position.
The tension is adjusted in the same way as has been described with reference to FIG. 1, namely that from a determined voltage of the generator resistor 57 is periodically connected in series to the excitation winding 33 and short-circuited, by the opening and closing of the contacts 49, 56.
As already noted, the total voltage across the generator can be 110 volts, while the voltage for the excitation winding 33 is only 30 volts.
This voltage is chosen so that the engaging and tripping operations performed on the contacts 49, 56 can be controlled under this voltage. With the assembly of fig. 2 it is therefore also possible to regulate the voltage of generators whose terminal voltages are notably higher than the small voltages used on board automobiles, using the low voltage voltage regulators employed and having proved their worth in these low voltage installations.
Instead of electromagnetic contact regulators, other low voltage voltage regulators can also be used, for example electromagnetic carbon contact regulators. Likewise, the invention is not limited to alternating-current generators excited in bypass.