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Mutateur à contacteurs électromagnétiques.
On a déjà proposé d'équiper des mutateurs avec des contacteurs électromagnétiques; toutefois, on prévoyait, pour la @@@@ @@ fermeture du contacteur, des dispositifs distincts, subordonnés à la tension. Une autre proposition tend à assu- rer la fermeture sous l'intervention du courant d'une soupape qui shunte les plots du contact, ce courant traversant un en- roulement de commande supplémentaire. Or, cette disposition implique la prévision de dispositifs particuliers sous la forme de bobines de réactance de contrôle en vue de l'aplatissement du courant, ainsi que 'circuits capacitifsde soufflage, afin d'assurer une coupure exempte d'étincelles.
La présente invention concerne également un mutateur à contacteurs actionnés électromagnétiquement, dont les éléments de contact sont commandés par le courant d'un dispositif à soupape qui shunte le point de coupure. L'invention est ca- ractérisée par le fait que ce dispositif à soupape est branché directement en parallèle sur les plots ou contacts du contacteur
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et que, lorsque ces plots sont séparés, le courant du dispo- sitif à soupapes parcourt au moins un enroulement d'excitation en série avec ces plots et influençant ces derniers, la dispo- sition étant telle que la chute de tension qui apparaît aux bornes du circuit du dispositif à soupape au moment de la sé- paration des plots de contact est inférieure à la tension mi- nimum qui provoque l'allumage d'un arc/entre les plots de con- tact correspondants.
Le dispositif à soupape et l'interrupteur correspondant sont utilement établis de telle manière que la chute de tension, y compris la chute de tension ohmique et inductive, qui apparaît dans les connexions au moment de la coupure des plots de contact correspondants s'élève tout au plus à 10 V, étant donné que, conformément à l'expérience, lorsque la tension ne dépasse pas 10 V, un arc n'apparaît pas, quelle que soit la valeur du courant coupé.
Dans le cas de faibles courants, plus spécialement de courants qui n'atteignent pas à 1 A au moment de la coupure, la tension aux plots de contact peut être notablement plus élevée, à savoir, jusqu'à 300 V dans un cas limite, sans qu'il y ait apparition d'arc, de sorte qu'en prévision de cette éventualité il est avanta- geux de donner au dispositif à soupape et au contacteur cor- respondant des dimensions en rapport avec de telles tensions élevées.
Le mutateur suivant l'invention permet de réaliser de grands avantages tant techniques qu'économiques et cela du fait que le contacteur électromagnétique d'un tel mutateur ne comporte plus qu'un enroulement excitateur en série qui, lorsque le contacteur est en position de coupure ou "ouvert", est parcouru par le courant de la soupape, tandis que cet en- roulement est parcouru par la totalité du courant lorsque le contacteur est fermé. Le dispositif à soupape agit simultané- ment comme organe de commande pour la "fermeture" du contac- teur et comme dispositif de soufflage d'arc lors de la coupure,
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de telle sorte que, dans la plupart des cas, des dispositifs particuliers de soufflage d'étincelles deviennent superflus ou peuvent recevoir des dimensions sensiblement plus réduites.
En ce qui concerne la durée de la manoeuvre de com-,. mande, le contacteur présente avantageusement des dimensions tel les que le dispositif à soupape doit seulement être calculé pour un courant qui est inférieur, d'un ordre de grandeur au moins, au courant nominal et ne s'élève par exemple qu'à 5% de ce dernier. Pour les intensités plus élevé;es, on branchera- au moins deux contacteurs en parallèle, de sorte que chaque enroulement excitateur et chaque paire de plots de contact n' est parcourue que par une fraction de courant total. Dans certains cas, il peut être utile d'employer des contacteurs comportant plusieurs éléments interrupteurs. Dans ce dernier cas, une partie au moins des éléments interrupteurs sont in- fluencés par le même enroulement d'excitation.
Il va de soi que, dans un cas limite, tous les éléments interrupteurs sont commandés par un seul enroulement d'excitation. Il peut être avantageux de prévoir un refroidissement artificiel de la bo- bine d'excitation, par exemple, en rendant celle-ci creuse de la manière connue en soi, et en la refroidissant au moyen d'un courant de gaz ou de liquide. Pour contrôler des intensitéµ élevées, on branchera en parallèle au moins une partie des éléments interrupteurs.
Dans ce cas, il est utile, pour réali- ser une distribution de courant aussi uniforme que possible, de connecter des bobines d'inductance en série avec les élé- ments interrupteurs branchés en parallèle, ces bobines étant cependant disposés de telle manière que, conformément à l'in- vention, le dispositif à soupape soit branché directement en parallèle sur les plots correspondants de l'interrupteur. On obtient une construction extrêmement simple, lorsque ces bobi" nes d'inductance sont couplées entre elles, par exemple, lorsqu'elles sont établies comme bobines de choc avec noyau
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commun. Il peut être avantageux d'utiliser, eomme noyau, celui de l'enroulement d'excitation.
D'une façon générale, les divers contacts branchés en parallèle ne s'ouvriront pas tous avec une simultanéité absolue. Par conséquent, le dispositif à soupape doit être calculé de telle manière que le paire de plots qui s'ouvre en dernier lieu assure encore une rupture exempte d'arc. Lorsqu' il est fait usage de bobines de réactance stabilisatrices, on peut obtenir, grâce, par exemple à la prévision d'un nombre suffisamment élevé de paires de plots fonctionnant en parallèle, que l'intensité du courant lors de la rupture, soit inférieure, par point de rupture, à 1''intensité minimum qui peut encore donner naissance à un arc, c'est-à-dire, inférieure à 1 A.
Grâce au dispositif à soupape branché en parallèle, les sur- tensions qui apparaîtraient normalement à la suite d'une cou- pure de courant exempte d'arc, peuvent s'écouler immédiatement à travers le dispositif à soupape, de sorts- que toute détério-- ration est évitée. La stabilisation des courants partiels présente encore l'avantage supplémentaire de réduire les dépla- cements de matière, lesquels augmentent proportionnellement au carré de l'intensité à couper par paire de contacts.
Pour les tensions élevées, le mutateur sera établi de telle manière que l'ensemble constitué par le contacteur électromagnétique et le dispositif à soupape comporte au moins deux points de c'oupure en série, les dispositifs à soupape ser- vant simultanément à contrôler la tension. Dans les redresseurs polyphasés, on disposera, par branche, un contacteur électro- magnétique avec au 'moins deux points de coupure en série, et 1' on branchera un dispositif à soupape directement en parallèle avec chacun de ces points de coupure.
Dans certains cas, il peut être utile de brancher directement en parallèle avec les éléments de contact, outre les dispositifs à soupape, des con- densateurs et des résistances, qui doivent être calculés detel le
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manière qu'outre leur fonction de régulateurs de la tension ils remplis.sent encore la fonction supplémentaire de disposi- tifs de soufflage d'arc. Il va de soi que, pour jouer ce der- nier rôle, les condensateurs et les résistances en question peuvent présenter des dimensions sensiblement plus réduites, étant donné que le soufflage des étincelles est déjà assuré en grande partie par le dispositif à soupape..
Dans de nombreuses applications il est souhaitable de réaliser un réglage sans pertes de la.'.tension continue..
Ceci peut être obtenu par exemple grâce à la prévision, en série avec le dispositif à soupape, d'une,source réglable de tension continue, dont la résistance Interne serait tout au plus égale à celle du dispositif à soupape.
Dans certains cas il peut être utile de donner au courant au voisinage du passage par zéro une allure plus plate que celle qui peut être obtenue, de la manière connue en soi, par exemple à l'aide de bobine de choc de contrôle, ayant par exemple la forme de bobines de choc saturées en fer de haute perméabilité initiale. Alors que, jusqu'à présent, on utili- sait, pour la coupure des réactances de/contrôle dont le temps d'aplatissement de courant était d'une seconde environ, on peut employer dans le dispositif objet de l'invention, des réactan- ces de contrôle dont le temps d'aplatissement est de 10-4 se- conde et moins, de sorte que le coût de fabrication de telles bobines se trouve réduit à une faible fraction.
Avec de telles réactances de contrôle, la tension engendrée dans un enroule- ment supplémentaire lors de l'inversion rapide de l'aimantation peut servir à 1''alimentation d'une bobine de coupure du con- tacteur électromagnétique. Dans les grands contacteurs, dont l'actionnement exige une dépense d'énergie élevée en conséquen- ce, on connectera utilement à l'enroulement supplémentaire-, des réactances de contrôle un relais très rapide qui, de son côté, agit de manière à connecter l'enroulement de coupure à
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une source de courant auxiliaire. Cependant, on peut tout aussi bien concevoir la prévision d'un relais très rapide à manque de courant, qui réagit pendant le stade de faible cou- rant et provoque la coupure de la même manière.
Quelques modes de réalisation pour mutateurs sui- vant l'invention sont représentés dans les Figs 1 à 4. Dans toutes les Figs., 1 désigne la source de courant, 2 - le con- tacteur électromagnétique avec l'élément de contact 3, le point de coupure 4 et l'enroulement d'excitation en série 5.
6 désigne le dispositif à soupape branchée directement en parallèle sur le point de coupure et, 7- la charge.
Le dispositif suivant la Fig. 1 fonctionne comme suit : Lorsque le contacteur 2 est ouvert, le courant venant de la source 1 traverse d'abord l'enroulement d'excitation en série 5, d'où il se dirige à travers la soupape 6, pour retourner à la source de courant 1, en passant par la charge 7 et une batterie 8 appelée à être chargée. Dès que le cou- rant de la soupape 6 aura atteint une valeur telle qu'il en résulte la fermeture du contacteur 1, le courant passera di- rectement par les plots 4 du contacteur. La soupape 6 se trouve désormais en court-circuit et, de ce fait, sans courant..
Cette situation persiste jusqu'à ce que le courant total soit réduit à la valeur du courant de maintien du contacteur 2. A ce moment, les plots 4 séparent par exemple sous l'action d' un ressort non représenté. A partir de est instant, le cou- rant traverse à nouveau la soupape 6. Etant donné que le cir- cuit de la soupape ne doit contenir, conformément à l'invention, aucune inductance en résistance additionnelle, ce renversement de connexions s'effectue instantanément. Pour autant que la chute de tension à la soupape est suffisamment faible, il n'y a pas formation d'étincelles, Comme il ressort de la Fig.l, cette disposition se distingue des solutions connues par son extrême simplicité.
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La Fig.2 représente un mutateur pourvu d'un contac- teur 2 comportant trois éléments de contact 3, auxquels corres- pondent trois points de coupure 4 et trois dispositifs à sou- pape 6, parallèles entre eux, l'actionnement étant assuré, dans ce cas, à l'aide d'un seul enroulement d'excitation en série.
Afin que le courant soit Identique au possible dans les trois branches parallèles et pour stabiliser ce courant lors du pro- cessus de rupture, on prévoit des inductances additionnelles 9, couplées entre elles ; onremarquera toutefois que ces induc- tances ne sont pas non plus intercalées dans le circuit des soupapes. Si, dans ce dernier mode de réalisation l'intensité minimum qui ne donne pas encore lieu à la formation d'étincelles aux plots 4 est de 0,8 A par exemple, ce redresseur pourrait de réenclenchemert fonctionner sur 2,4 à sous une tension de 300 V environ.
La Fig. 3 représente un mutateur du type particuliè- rement indiqué pour les tensions élevées. Le contacteur 2 com- porte deux points de coupure 4. Un dispositif à soupapes 6 est branché en parallèle sur chacun de ses points de coupure. Le centre de rotation de l'organe ou élément de contact 3 est relié à la manière d'un diviseur de tension au point commun 10 des deux dispositifs à soupape 6. Grâce à la transposition des fils allant aux dispositifs à soupape 6, on obtient que ce circuit est pratiquement dépourvu d'inductance. On peut encore prévoir en outre des condensateurs 11 et des résistances 12, également branches suivant un montage diviseur de tension.
Finalement, la Fig. 4 représente encore un mutateur monophasé avec aplatissement du courant par une réactance de contrôle et avec réglage de la tension par une batterie auxili- aire. Ici, 13 désigne la réactance de contrôle avec son enrou- lement d'excitation en série 14, un enroulement de tension sup- plémentaire 15 et un enroulement d'aimentation auxiliaire 16 qui est branché à travers une forte inductance 17.- 18 désigna
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une bobine de rupture du contacteur 2, qui appuie l'action du ressort de rupture 19. -20 désigne une source reglable detension continue, comportant une très faible résistance interne.
Ce dernier dispositif fonctionne comme suit : Aussi- tôt que la tension provenant de la source de courant 1 dépasse la tension opposée de la batterie 20, il en résulte que l'en- roulement d'excitation en série 5 et le dispositif à soupape 6, ainsi que les cellules mises on circuit de la batterie 20 com- mencent à être parcourues par un courant, qui ferme le contac- teur 2 lorsque le courant d'enclenchement est atteint.
Lorsque le courant diminue, et en présence d'une aimentation auxiliaire, appropriée, il se produit, peu avant le passage par zéro de courant, une désaturation de la réactance 13 et 1'aimentation de cette dernière commence de s'inverser, ce qui a pour effet, comme on le sait, un aplatissement du courant, étant donné que, pratiquement, la totalité de la tension motrice est appliquée aux bornes de la bobine de réactance. En même temps, il y a induction d'une tension dans la bobine 15, de sorte qu'un cou- rant s'amorce dans la bobine de rupture 18, ce qui a pour effet d'ouvrir le contacteur 2, et ceci encore pendant le stade ou le courant à couper est faible.
Ici également, le circuit de- soupape se charge pratiquement de l'extinction des étincelles, de sorte que, 'si nécessaire, on doit seulement prévoir un dis- positif de soufflage d'étincelles 21 présentant des dimensions réduites en conséquence. La fermeture du contacteur 2 se pro- duit plus ou moins rapidement, suivant la valeur de la tension auxiliaire de la batterie 20, ce qui permet d'obtenir, de la manière connue en soi, un réglage sans pertes, de la tension continue aux bornes de la charge 7.
Il va de soi que les mutateurs suivant l'invention peuvent être appliqués à tous les types de redresseurs, de con- vertisseurs continu-alternatif et, en général, de montages mu- tateurs, ainsi que pour courant polyphasé.
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Mutator with electromagnetic contactors.
It has already been proposed to equip mutators with electromagnetic contactors; however, separate, voltage-dependent devices were provided for the contactor closure. Another proposal tends to ensure closing under the intervention of the current of a valve which bypasses the contact pads, this current passing through an additional control coil. However, this arrangement implies the provision of particular devices in the form of control reactance coils with a view to flattening the current, as well as capacitive blowing circuits, in order to ensure a spark-free cut-off.
The present invention also relates to a mutator with electromagnetically actuated contactors, the contact elements of which are controlled by the current of a valve device which bypasses the cut-off point. The invention is charac- terized by the fact that this valve device is connected directly in parallel to the pads or contacts of the contactor.
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and that, when these pads are separated, the current from the valve device flows through at least one excitation winding in series with these pads and influencing them, the arrangement being such that the voltage drop which appears across the terminals of the circuit of the valve device at the time of the separation of the contact pads is lower than the minimum voltage which causes the ignition of an arc / between the corresponding contact pads.
The valve device and the corresponding switch are usefully set up in such a way that the voltage drop, including the ohmic and inductive voltage drop, which appears in the connections at the moment when the corresponding contact pads are cut off is quite high. at most at 10 V, since, according to experience, when the voltage does not exceed 10 V, an arc does not appear, regardless of the value of the cut current.
In the case of low currents, more especially currents which do not reach 1 A at the time of breaking, the voltage at the contact pads can be notably higher, namely, up to 300 V in a borderline case, without the occurrence of an arc, so that in anticipation of this eventuality it is advantageous to give the valve device and the corresponding contactor dimensions in relation to such high voltages.
The mutator according to the invention makes it possible to achieve great advantages, both technical and economic, due to the fact that the electromagnetic contactor of such a mutator only comprises one exciter winding in series which, when the contactor is in the cut-off position or "open", is traversed by the current of the valve, while this coil is traversed by the totality of the current when the contactor is closed. The valve device acts simultaneously as a control member for the "closing" of the contactor and as an arc blowing device when switching off,
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so that, in most cases, particular spark blowing devices become superfluous or can be made significantly smaller.
With regard to the duration of the com- maneuver ,. However, the contactor advantageously has dimensions such that the valve device need only be calculated for a current which is lower, by an order of magnitude at least, than the nominal current and for example only amounts to 5% of the last. For higher currents; es, at least two contactors will be connected in parallel, so that each exciter winding and each pair of contact pads is carried only by a fraction of the total current. In some cases, it may be useful to use contactors with more than one switch element. In the latter case, at least some of the switch elements are influenced by the same excitation winding.
It goes without saying that, in a limiting case, all the switch elements are controlled by a single excitation winding. It may be advantageous to provide for artificial cooling of the excitation coil, for example, by making the latter hollow in a manner known per se, and by cooling it by means of a stream of gas or liquid. To control high currents, at least some of the switch elements will be connected in parallel.
In this case, it is useful, in order to achieve as uniform a current distribution as possible, to connect inductance coils in series with the switch elements connected in parallel, these coils being however arranged in such a way that, in accordance with the invention, the valve device is connected directly in parallel to the corresponding pads of the switch. An extremely simple construction is obtained when these inductance coils are coupled together, for example, when established as shock coils with cores.
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common. It may be advantageous to use, as the core, that of the excitation winding.
In general, the various contacts connected in parallel will not all open with absolute simultaneity. Therefore, the valve device must be designed in such a way that the pair of studs which opens last still ensures an arc-free rupture. When use is made of stabilizing reactance coils, it is possible to obtain, thanks, for example, to the provision of a sufficiently high number of pairs of pads operating in parallel, that the intensity of the current at the time of rupture is less , per breaking point, at the minimum intensity which can still give rise to an arc, that is to say, less than 1 A.
Thanks to the valve device connected in parallel, the overvoltages which would normally appear as a result of an arc-free power cut can flow immediately through the valve device, resulting in any deterioration. - ration is avoided. The stabilization of the partial currents also has the additional advantage of reducing material displacements, which increase in proportion to the square of the current to be cut per pair of contacts.
For high voltages, the mutator will be set up in such a way that the assembly consisting of the electromagnetic contactor and the valve device has at least two cut-off points in series, the valve devices simultaneously serving to control the voltage. . In polyphase rectifiers, there will be, per branch, an electromagnetic contactor with at least two cut-off points in series, and a valve device will be connected directly in parallel with each of these cut-off points.
In some cases it may be useful to connect directly in parallel with the contact elements, in addition to the valve devices, capacitors and resistors, which must be calculated as such.
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so that, in addition to their function as voltage regulators, they also fulfill the additional function of arc blowing devices. It goes without saying that, in order to play this latter role, the capacitors and resistors in question may have appreciably smaller dimensions, since the blowing of the sparks is already ensured to a large extent by the valve device.
In many applications it is desirable to achieve lossless adjustment of the DC voltage.
This can be obtained, for example, by providing, in series with the valve device, of an adjustable source of direct voltage, the internal resistance of which would be at most equal to that of the valve device.
In certain cases it may be useful to give the current in the vicinity of the zero crossing a look flatter than that which can be obtained, in the manner known per se, for example by means of a control shock coil, having for example example the form of shock coils saturated with iron of high initial permeability. While, until now, it has been used for the breaking of control reactances, the current flattening time of which was approximately one second, it is possible to use in the device which is the subject of the invention, reactants. - control systems for which the flattening time is 10-4 seconds or less, so that the cost of manufacturing such coils is reduced to a small fraction.
With such control reactors, the voltage generated in an additional winding during the rapid magnetization reversal can be used to supply a cut-off coil of the electromagnetic contactor. In large contactors, the actuation of which requires a consequent high expenditure of energy, it is useful to connect to the additional winding of the control reactors a very fast relay which, in turn, acts so as to connect the cut-off winding at
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an auxiliary power source. However, it is just as well conceivable to provide a very fast power failure relay, which reacts during the low current stage and causes the cut-out in the same way.
Some embodiments for mutators according to the invention are shown in Figs 1 to 4. In all Figs., 1 designates the current source, 2 - the electromagnetic contactor with the contact element 3, the cut-off point 4 and the excitation winding in series 5.
6 designates the valve device connected directly in parallel on the cut-off point and, 7- the load.
The device according to FIG. 1 operates as follows: When contactor 2 is open, current from source 1 first passes through the excitation winding in series 5, from where it goes through valve 6, back to the source current 1, passing through the load 7 and a battery 8 called to be charged. As soon as the current from valve 6 has reached a value such that the contactor 1 closes, the current will flow directly through the contacts 4 of the contactor. Valve 6 is now short-circuited and therefore without current.
This situation persists until the total current is reduced to the value of the holding current of the contactor 2. At this moment, the pads 4 separate for example under the action of a spring, not shown. From this moment, the current passes through valve 6 again. Since the circuit of the valve must not contain, according to the invention, any additional resistance inductance, this reversal of connections takes place. instantly. As long as the voltage drop at the valve is sufficiently low, there is no formation of sparks. As can be seen from FIG. 1, this arrangement differs from known solutions by its extreme simplicity.
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FIG. 2 represents a mutator provided with a contactor 2 comprising three contact elements 3, to which correspond three cut-off points 4 and three valve devices 6, parallel to each other, the actuation being ensured, in this case, using a single excitation winding in series.
In order for the current to be identical as possible in the three parallel branches and to stabilize this current during the breaking process, additional inductors 9 are provided, coupled together; however, it should be noted that these inductances are not interposed in the valve circuit either. If, in this last embodiment, the minimum current which does not yet give rise to the formation of sparks at the pads 4 is 0.8 A for example, this rectifier could be reset to operate on 2.4 at under a voltage of approximately 300 V.
Fig. 3 shows a mutator of the type particularly indicated for high voltages. Switch 2 has two cut-off points 4. A valve device 6 is connected in parallel to each of its cut-off points. The center of rotation of the member or contact element 3 is connected in the manner of a voltage divider to the common point 10 of the two valve devices 6. Thanks to the transposition of the wires going to the valve devices 6, one obtains that this circuit is practically devoid of inductance. It is also possible to further provide capacitors 11 and resistors 12, also branches following a voltage divider assembly.
Finally, FIG. 4 also shows a single-phase mutator with flattening of the current by a control reactance and with voltage adjustment by an auxiliary battery. Here, 13 denotes the control reactance with its series excitation winding 14, an additional voltage winding 15 and an auxiliary power winding 16 which is connected through a strong inductor 17.-18 denotes
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a breaking coil of the contactor 2, which supports the action of the breaking spring 19. -20 designates an adjustable source of continuous tension, comprising a very low internal resistance.
The latter device operates as follows: As soon as the voltage from the current source 1 exceeds the opposite voltage from the battery 20, the result is that the series excitation coil 5 and the valve device 6 , as well as the cells put in circuit of the battery 20 start to be traversed by a current, which closes the contactor 2 when the starting current is reached.
When the current decreases, and in the presence of a suitable auxiliary supply, shortly before the current zero crossing, a desaturation of the reactance 13 occurs and the supply of the latter begins to reverse, which results in has the effect, as is known, of a flattening of the current, since practically all of the driving voltage is applied to the terminals of the reactance coil. At the same time, there is induction of a voltage in the coil 15, so that a current starts in the breaking coil 18, which has the effect of opening the contactor 2, and this again. during the stage where the current to be cut is low.
Here, too, the valve circuit is responsible for practically extinguishing the sparks, so that, if necessary, only a spark blowing device 21 of correspondingly reduced dimensions need be provided. The closing of the contactor 2 occurs more or less rapidly, depending on the value of the auxiliary voltage of the battery 20, which makes it possible to obtain, in the manner known per se, a lossless adjustment of the DC voltage at load terminals 7.
It goes without saying that the mutators according to the invention can be applied to all types of rectifiers, of DC-to-AC converters and, in general, of switch arrangements, as well as for polyphase current.