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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.