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Système de régulation de tension.
L'invention actuelle a trait en général à des systèmes de régulation de tension et, en particulier, à des appareil- lages et des aménagements de circuits perfectionnés pour ré- gulariser la tension de sortie des chargeurs de batterie ou des suppresseurs de batterie.
Lorsqu'un redresseur est utilisé conjointement avec une batterie pour fournir un débit à courant continu à partir d'une source de courant alternatif, il est souhaitable que le redresseur ait une caractéristique de tension de charge, courant de charge qui tombe très lentement depuis la charge nulle jusqu'à la pleine charge, et qui ensuite tombe très rapidement, ceci dans le but de prolonger la vie de la batte- rie. Avec une telle caractéristique de charge pratiquement
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toute la charge sera supportée par le redresseur, du cou- rant de charge n'étant pris à la batterie uniquement que lorsque la capacité du redresseur est dépassée.
Avec une telle caractéristique de charge, il est nécessaire de com- penser les variations de tension de la source à courant al- ternatif pour éliminer des charges inutiles et des déchar- ges de la batterie qui provoqueraient sa détérioration.
Dans le but d'obtenir une caractéristique de tension constante, spécialement avec un chargeur de batterie uti- lisant des redresseurs à disques secs, un régulateur appro- prié de tension est requis. Les variations de tension de la source à courant alternatif ont jusqu'ici été compensées en utilisant des bobines de choc saturées ou non avec des condensateurs reliés sur le circuit d'entrée du chargeur.
Cette méthode de compensation des variations des tensions de ligne prête le flanc à l'objection qu'elle n'est satis- faisante que lorsque la fréquence du courant alternatif d'alimentation est constante, et aussi qu'elle prend au ré- seau des courants fortement réactifs même à charge nulle.
Des dispositifs réactifs saturables ont été utilisés dans le but de compenser les chutes de tensions internes des re- dresseurs à disques secs, le transformateur utilisé avec ceux-ci, et les filtres réactifs à caractéristique normale- ment descendante entrainent une variation de la tension de sortie par rapport au courant d'entrée. D'habitude au moins une partie du courant de charge traverse un enroulement à saturation du dispositif réactif de régulation. Cette méthode exige que la caractéristique du dispositif réactif de régu- lation soit établi d'avance en fonction des caractéristiques de charge du chargeur sans régulation.
Comme les caractéris- tiques des redresseurs à disques secs varient considérable- ment avec l'usage, il est nécessaire de changer les carao- téristiques du dispositif réactif de régulation de temps en temps par des prises d'enroulement intermédiaire sur celui-ci, de façon à compenser le vieillissement des redresseurs à dis-
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dues secs.
En conséquence, c'est un but de l'invention actuelle de fournir un système de stabilisation de tension pour un chargeur de batterie qui compenseraà la fois lesvaria- tions de tension de ligne et les chutes de tensions inter- nes indépendamment de la fréquence d'alimentation ou du vieillissement des éléments redresseurs.
Un autre but de l'invention est d'offrir un système de régulation de tension utilisant un amplificateur à réactance saturable dans lequel le gain de l'amplificateur est con- tr8lé en concordance avec la charge du système, ce qui donne une régulation améliorée.
Un autre but de l'invention est de présenter une for- me améliorée d'amplificateur à réactance saturable, pour être utilisé dans un système de régulation de tension, don- nant un plus haut degré d'amplification qu'il n'a été obtenu dans des amplificateurs à réactance présentés antérieurement grâce à l'utilisation d'une nouvelle disposition de circuits équilibrés.
Une caractéristique de l'invention réside dans l'usage d'un aimant permanent comme étalon de comparaison dans un système à régulation de tension, ce qui s'obtient en sus- citant une force magnétomotrice proportionnélle à la tension qui doit être régulée, dans un ensemble magnétique renfermant un aimant permanent, et en conduisant la marche du régula- teur suivant la différence entre cette force magnétomotrice et la force magnétomotrice de cet aimant permanent.
Une autre caractéristique de l'invention est une dispo- sition améliorée des circuits qui permet au chargeur de s'adapter immédiatement à l'une bu l'autre des deux tensions d'alimentation.
L'invention sera mieux comprise par la description sui- vante faite en relation avec le dessin annexé qui montre un
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exemple d'une réalisation choisie de l'invention sous la forme d'un diagramme schématique des circuits.
Succinctement, l'invention comprend un chargeur de batterie habituel modifié par la connexion d'un dispositif réactif saturable sur le circuit d'entrée de celui-ci; un étalon de référence comprenant un ensemble magnétique ren- fermant un aimant permanent et un électro-aimant placé en shunt sur le circuit de sortie du chargeur de façon à produi- re une force magnétomotrice dans cet ensemble magnétique proportionnelle à la tension de sortie ; un amplificateur à réactance saturable ayant son circuit d'entrée relié à un autre enroulement de cet ensemble magnétique, de faaon que sa marche soit conduite d'après les différences des forces électromotrices de cet aimant permanent et de cet électro-aimant, et ayant son circuit de sortie relié à l'en- roulement saturant du dispositif réactif saturable ;
par le fait l'impédance de ce dernier est variable de façon à maintenir la tension de sortie pratiquement constante en dépit des variations de tension d'entrée des variations du courant do (,,','-Large, du vieillissement des redresseurs,etc.
Se reportant au dessin, on y montre une source de cou- rant alternatif 1 reliée aux bornes d'entrée 2 et 3 du char- geur, et une batterie 4 reliée en parallèle, sur un circuit de charge aux bornes de sortie 5 et 6.
Entre les bornes d'entrée et de sortie on représente conventionnellement un chargeur comprenant un transformateur 7, un redresseur/à disque sec redressant l'onde entière,et un dispositif réactif 9 de filtrage. Un dispositif réactif de régulation 10 est placé en série avec les enroulements primaires du transformateur 7 et la source de courant alter- natif 1. Une partie de la tension de sortie du chargeur est appliquée à des enroulements d'un dispositif 11 de contrôle qui compare la force magnéto-motrice produite par ces en- roulements avec celle d'un aimant permanent 12 et règle l'impédance d'autres enroulements du dispositif en accord
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avec la différence des deux forces magnéto-motrices.
L'impédanoe de ces autres enroulements règle la tension appliquée à l'entrée d'un amplificateur à réactance satura- ble comprenant les dispositifs réactifs 13-16, les redresseurs 17-21 à disque sec redressant l'onde entière, et les dis- positifs réactifs 23-26. Le,4 circuit de sortie de l'ampli- ficateur à réactance est relié aux enroulements saturants du dispositif réactif 10 de régulation.
Le chargeur,est adapté pour être utilisé soit sur 110 V. alternatifs ou 220 V. alternatifs par un simple changement des connexions des bornes 27-30- Ces bornes sont représentées connectées pour le fonotionnement sous 110 volts, dans ce cas la borne 2 est reliée à travers un contact du commuta- teur 31, le fusible 32, les enroulements 10a et 7a, la con- nexion entre les bornes 29 et 30, le fusible 33, et l'autre contact du commutateur 31 à la borne 3. Les enroulements 10b et 7b sont placés en parallèle sur les enroulements 10a et 7a par la connexion établie entre les bornes 27 et 28.
Pour le fonctionnement sous 220 volts, les connexions indiquées sont enlevées et les bornes 28 et 30 sont reliées ensemble, dans ce cas les enroulements 10a, 7a, 10b et 7b sont reliés en série sur le circuit d'alimentation. Les sens d'enroulement sur le dispositif réactif de régulation 10, et sur les dispositifs réaotifs saturables 13-16, sont tels que le flux magnétique produit dans le noyau par les deux enroulements des branches extérieures se neutralisent dans la branohe médiane. L'impédance des enroulements des branches extérieures de chacun de ces dispositifs réactifs varie avec le degré de saturation du noyau, qui dépend de l'importance du courant continu qui traverse l'enroulement de la branche centrale.
Le dispositif de contrôle 11 est également un dispo- sitif réactif mais différent par sa construotion et son fonc- tionnement des autres dispositifs réactifs saturables 10 et
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13-16. Le dispositif de contrôle comprend un noyau magnéti- que à quatre branches réunis par deux culasses et dont les deux branches intérieures sont de section plus réduite afin d'être plus rapidement saturées. Une des deux branches ex- térieures du noyau se compose d'un aimant permanent qui peut être déplacé par rapport aux culasses de façon à chan- ger la surface avec laquelle elle est en contact pour un motif qui sera expliqué plus loin. Un enroulement est prévu sur chacune des branches internes.
Ces enroulements, ci- après appelés enroulements pour l'alternatif, sont reliés en série de telle sorte que le flux magnétique produit par le courant passant dans le circuit série s'établit en sens inverse dans les deux branches intérieures du noyau; de ce fait, ces enroulements sont incapables de produire une dif- férence de force magnéto-motrice entre les deux longerons et par suite n'eserceront pas d'effet démagnétisant sur l'aimant permanent lorsqu'il est excité par du courant al- ternatif. Deux enroulements additionnels, ci-après appelés enroulements pour courant continu; sont prévus; un sur chaque culasse entre la branche extérieure restante et les branches intérieures. Ces enroulements sont reliés en série additive et peuvent, si on le désire, être remplacés par un seul en- roulement sur la branche extérieure restante.
Un rhéostat 41, à coefficient de température négatif, est relié en série avec les enroulements à courant continu pour compenser les varia- tions de résistance de ceux-ci avec les variations de tem- pérature. Ce rhéostat est de préférence incorporé dans le noyau du dispositif de contrôle 11. En variante, les en- roulements à courant continu peuvent tre bobinés avec du fil ayant un très faible coefficient de température de telle fa- çon qu'aucune compensation ne soit nécessaire.
Lorsque les enroulements à courant continu du dispositif de contrôle 11 sont excités par la connexion d'une source à
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courant continu aux bornes 39 et 40, avec la borne posi- tive de la source reliée à la borne 40, les flux produits par ces enroulements et.par l'aimant permanent s'ajouteront dans les branches extérieures et les culasses du noyau, mais s'opposeront dans les branches intérieures. Pour une ten- sion prédéterminée sur les enroulements à courant continu, fixée par la force de l'aimant permanent, les flux men- tionnés se détruiront l'un l'autre dans les branches in- térieures du noyau et par voie de conséquence les enroulements à alternatif qui s'y trouvent auront une impédance maximum.
Si la tension sur les enroulements à courant continu est alors soit augmentée, soit diminuée, un flux résultant sera produit dans les branches intérieures en accord avec la différence entre les forces magnéto-motrices de l'aimant permanent et des enroulements à courant continu. Par le fait de la saturation des branches intérieures, l'impédance des enroulements à courant alternatif diminuera lentement et ensuite très rapidement jusqu'à une valeur minimum lors- que la tension sur les enroulements à courant continu est graduellement augmentée ou diminuée par rapport à cette valeur fixée d'avance.
Les enroulements à courant continu du dispositif de contrôle 11 sont placés en parallèle sur les bornes de sortie 5,6 du chargeur en série avec les rhéostats 41 et 42 et en shunt sur les rhéostats 43 et 44, ce qui fait que l'impédance des enroulements à courant alternatif du dis- positif de contrôle doit varier en concordance avec la ten- sion de sortie du chargeur. Les enroulements à courant al- ternatif du dispositif de contrôle sont placés en parallèle sur des bornes symétriquement espacées des enroulements se- condaires du transformateur 7, en série avec le dispositif réactif 22, via les bornes 37 et 38.
Les bornes de courant alternatif du pont redresseur 17 sont reliées entre le point milieu de l'enroulement secondaire du transformateur 7 et
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le point de liaison entre le dispositif réactif 22 et les enroulements pour courant alternatif du dispositif de contrôle 11. Les bornes de courant continu du redres- seur 17 sont reliées aux enroulements de saturation 13c du dispositif réactif 13. Les enroulements alternatifs 13a et 13b du dispositif réactif 13 sont placés en parallèle de la même façon sur les bornes mentionnées plus haut qui sont symétriquement placées sur le transformateur 7 en sé- rie avec le dispositif réactif 23. Les bornes pour alter- natif du pont redresseur 18 sont placées entre la borne centrale du transformateur 7 et le point de liaison entre l'enroulement 13a et le dispositif réactif 23.
Lasbornes pour courant continu du redresseur 18 sont reliées aux enroulements de saturation 14c du dispositif réactif 14.
Les dispositifs réactifs restants sont de la même façon reliés en cascade. Les étages successifs de l'amplifica- teur à réactance sont excités à partir d'une seconde paire de bornes symétriquement placées sur l'enroulement secon- daire du transformateur 7 via les bornes 34 et 35 parce qu'il est préférable de bobiner les dispositifs réactifs qui se trouvent dans ces étages avec du fil plus fin que celui qui est utilisé dans l'étage initial et d'y appliquer une tension alternative plus élevée.
Le dispositif de contrôle 11 et l'amplificateur à ré- actance saturable sont construits de préférence sous forme d'un sous-assemblage qui peut être réglé plus aisément avant de procéder au montage final de l'unité complète de charge. La façon de procéder au réglage de ce sous-assem- blage sera décrit ci-dessous dans le but de faciliter la compréhension de son fonctionnement. Pendant le réglage les bornes 34 et 35 sont reliées à une source adéquate de cou- rant alternatif, le point milieu de la source étant relié
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à la borne 36. Les bornes 37 et 38 sont également reliées à une source convenable de courant alternat-if ayant son point milieu relié à,la borne 36. Un transformateur ayant à son secondaire des prises à ¯15V, ¯ 2,5v, 0, + 2,5V, + 15v, par exemple, peut être utilisé dans ce but.
Les bor- nes 39 et 40 sont reliées aux bornes négatives et positives, respectivement, d'une source à courant continu de tension v variable. La tension aux bornes 39 et 40 est initialement réglée à une valeur fixée d'avance plus petite que la ten- sion maximum de la batterie pour laquelle le chargeur doit être utilisé. Par exemple, si le chargeur doit être utilisé ppur fonctionner avec une batterie de bureau central télé- phonique qui a une tension nominale de 48 volts, la ten- sion entre les bornes 39 et 40 peut être réglée au début à 42 volts. Un voltmètre à courant continu est alors placé sur l'enroulement de saturation 13c du dispositif réactif 13.
La force de l'aimant permanent 12, qui est au début plus fortement aimanté qu'il n'est actuellement requis, est maintenant réglée jusqu'à ce qu'une tension fixée d'avance apparaisse aux bornes de l'enroulement 13c. Ceci peut avantageusement se réaliser en déplaçant partiellement l'aimant 12 sur le noyau du dispositif de contrôle 11 à des distances de plus en plus grandes, et replaçant l'aimant dans sa position de début entre chaque déplacement, jusqu'à ce que la tension requise soit obtenue avec l'aimant dans sa position normale. Après que la force de l'aimant a été ainsi réglée à la valeur requise, il est fixé rigidement au noyau.
Les dispositifs réactifs variables 22-26 sont au début réglés à la valeur minima de l'inductance. L'inductance de chacun de ces dispositifs réactifs sera plus petite que celle des enroulements pour alternatif; tels que 13a et 13b, das dispositifs réactifs saturables correspondants. L'in- ductance du dispositif réactif 22 est alors graduellement
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augmentée. Lorsque l'inductance de ce dispositif réactif approche de celle des enroulements pour alternatif du dis- positif de contrôle 11, la tension sur l'enroulement 13c diminuera jusqu'à. une valeur minimum, et augmentera ensuite lorsque l'inductance du dispositif réactif 22 est encore plus augmentée.
Le point d'équilibre n'est pas fixé d'une façon précise et il est par le fait souhaitable d'augmen- ter l'inductance du dispositif réactif 22 jusqu'au moment où la tension sur l'enroulement 13c commence à croitre dans le but d'obtenir le maximum de sensibilité. Le volt- mètre est alors déplacé sur l'enroulement 14c et le dis- positif réactif 23 est réglé d'une façon analogue après quoi les dispositifs réactifs 24 et 25 sont réglés de la même façon. Comme le dispositif réactif 10 n'est pas com- pris dans le sous-assemblage un rhéostat peut être connecté aux bornes 45 et 46 pour remplacer l'enroulement 10c pen- dant le réglage du sous-assemblage.
Après que le dispositif réactif 25 a été assemblé, comme décrit ci-dessus, la ten- sion aux bornes 39 et 40 est légèrement augmentée jusqu'à ce que la tension sur l'enroulement 13c décroisse à sa va- leur minimum. L'inductance du dispositif réactif 26 est alors augmentée, en partant de la valeur minimum jusqu'au moment où la tension aux bornes 45 et 46 commence tout juste à monter après avoir passé par sa valeur minimum.
Après avoir réglé le sous-assemblage comme il a été décrit dans le paragraphe précédent, on le joint et on le connecte aux autres éléments de l'unité de charge entière comme indiqué à la figure. La partie de la tension de sor- tie qui est appliquée sur les enroulements à courant conti- nu du dispositif de contrôle 11 est fixée par la valeur de la résistance des rhéostats 41-44-. Le rhéostat 42 est ca- libré par rapport à la tension de sortie de façon à permet- tre un ajustage immédiat sur place du chargeur à toute va-
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leur de tension de sortie requise et oe dans les limites constructives du chargeur qui peuvent être de 44 à 56 volts par exemple. Les rhéostats 41 et 44 sont rendus réglables pour obtenir une relation entra le réglage du rhéostat 42 et la tension de sortie.
Les rhéostats 41 et 44 sont ré- glés au moyen d'une source à courant alternatif ayant une tension égale à la tension nominale pour laquelle le char- 'geur est étudié relié à ses bornes d'entrée et à une batte- rie ayant une tension égale à la valeur nominale pour la- quelle le chargeur est étudié relié à sa sortie. Avec le rhéostat 42 placé sur la valeur nominale de la tension de sortie indiqué sur son échelle graduée, les rhéostats 41 et 44 sont réglés de façon que le courant de sortie soit approximativement égal aux deux tiers de la valeur nominale du chargeur.
Des essais ont démontré que la tension de sortie se main- tiendra dans les limites de ¯ 2% de la valeur nominale de- mandée fixée par le réglage du rhéostat 42, pour toutes, charges ne dépassant pas la capacité du chargeur en dépit d' une variation de 10 % de la tension d'entrée, de 10 % de variation de la fréquence, ou du vieillissement des re- dresseurs. Des charges supérieures, à la capacité nominale du chargeur prendront leur courant à la batterie et feront baisser sa tension finale, mais la batterie sera ramenée à la tension nominale requise dès que la charge rentre dans les valeurs comprises dans les limites de capacité du char- geur.
Sous les conditions normales, le courant passant dans les enroulements à courant continu de chacun des dispositifs réactifs 10 et 13-16 se situe approximativement à mi-chemin entre ses valeurs minimum et maximum lorsque la valeur de l'impédance des enroulements à courant alternatif du dispo- sitif de contrôle 11 se place à mi-chemin entre sa valeur minimum et maximum.
Si la tension de sortie varie, par le
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fait de variations de tension d'entrée, de courant de charge, etc.., le flux magnétique résultant passant dans les branches intérieures du dispositif de contrôle varie de la même façon, ce qui modifie l'impédance des enroule- ments à alternatif de ces branches dans un sens tel qu'il fait varier l'impédance du dispositif réactif régulateur 10 dans une direction telle qu'il force la tension appliquée au transformateur 7 soit à augmenter, soit à décroitre suffisamment pour compenser la variation initiale. En don- nant à l'amplificateur à réactance saturable un gain assez élevé une compensation quasi complète est obtenue.
L'alimentation en courant alternatif pour l'amplifica- teur à réactance peut, si on le désire, être prise directe- ment aux bornes d'entrée du chargeur et peut comprendre un régulateur de tension alternative. Cependant, on a constaté qu'une régulation améliorée s'obtient lorsque l'amplifica- teur à réactance est alimenté à partir du transformateur 7 par le fait que la tension appliquée sur ce transforma- teur augmente avec une charge croissante, ce qui donne un gain croissant de l'amplificateur à réactance pour des char- ges croissantes. Une plus grande variation d'impédance du dispositif réactif de régulation 10 pour une variation don- née de charge est ainsi obtenue.
Revendications.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Voltage regulation system.
The present invention relates generally to voltage regulation systems and, in particular, to improved circuitry and apparatus for regulating the output voltage of battery chargers or battery suppressors.
When a rectifier is used in conjunction with a battery to provide direct current output from an alternating current source, it is desirable that the rectifier has a charge voltage characteristic, which charge current falls very slowly from the source. zero charge until full charge, and which then drops off very quickly, with the aim of prolonging battery life. With such a charging characteristic practically
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the entire load will be carried by the rectifier, with the charge current being taken from the battery only when the rectifier capacity is exceeded.
With such a charging characteristic, it is necessary to compensate for variations in the voltage of the AC source to eliminate unnecessary charges and discharges of the battery which would cause its deterioration.
In order to achieve a constant voltage characteristic, especially with a battery charger using dry disk rectifiers, a suitable voltage regulator is required. The voltage variations of the AC source have heretofore been compensated by using saturated or unsaturated shock coils with capacitors connected to the input circuit of the charger.
This method of compensating for variations in line voltages gives rise to the objection that it is only satisfactory when the frequency of the AC supply current is constant, and also that it takes on the network. highly reactive currents even at zero load.
Saturable reactive devices have been used in order to compensate for the internal voltage drops of dry disk rectifiers, the transformer used with them, and reactive filters with a normally falling characteristic cause a variation in the voltage of. output versus input current. Usually at least part of the load current flows through a saturation winding of the reactive regulator. This method requires that the characteristic of the reactive regulator be established in advance as a function of the load characteristics of the unregulated charger.
As the characteristics of dry disc rectifiers vary considerably with use, it is necessary to change the characteristics of the reactive regulating device from time to time by intermediate winding taps on it, so as to compensate for the aging of the disc rectifiers
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dry due.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a voltage stabilization system for a battery charger which will compensate for both line voltage variations and internal voltage drops regardless of frequency d. supply or aging of the rectifying elements.
Another object of the invention is to provide a voltage regulation system using a saturable reactance amplifier in which the gain of the amplifier is controlled in accordance with the load of the system, which gives improved regulation.
Another object of the invention is to provide an improved form of saturable reactance amplifier, for use in a voltage regulation system, giving a higher degree of amplification than has been achieved. obtained in reactance amplifiers previously presented through the use of a new balanced circuit arrangement.
A feature of the invention resides in the use of a permanent magnet as a comparison standard in a voltage regulation system, which is obtained by generating a magnetomotive force proportional to the voltage which is to be regulated, in a magnetic assembly containing a permanent magnet, and leading the operation of the regulator according to the difference between this magnetomotive force and the magnetomotive force of this permanent magnet.
Another feature of the invention is an improved circuit arrangement which allows the charger to immediately adapt to either of the two supply voltages.
The invention will be better understood from the following description given in relation to the appended drawing which shows a
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example of a selected embodiment of the invention in the form of a schematic circuit diagram.
Briefly, the invention comprises a usual battery charger modified by the connection of a saturable reactive device on the input circuit thereof; a reference standard comprising a magnetic assembly containing a permanent magnet and an electromagnet placed in shunt on the output circuit of the charger so as to produce a magnetomotive force in this magnetic assembly proportional to the output voltage; an amplifier with saturable reactance having its input circuit connected to another winding of this magnetic assembly, so that its operation is conducted according to the differences of the electromotive forces of this permanent magnet and this electromagnet, and having its output circuit connected to the saturating winding of the saturable reagent device;
by the fact the impedance of the latter is variable so as to maintain the output voltage practically constant despite variations in input voltage, variations in current do (,, ',' - Large, aging of the rectifiers, etc. .
Referring to the drawing, we show an alternating current source 1 connected to input terminals 2 and 3 of the charger, and a battery 4 connected in parallel, on a charging circuit to output terminals 5 and 6 .
Between the input and output terminals is conventionally shown a charger comprising a transformer 7, a rectifier / dry disk rectifying the whole wave, and a reactive filtering device 9. A reactive regulation device 10 is placed in series with the primary windings of transformer 7 and the alternating current source 1. Part of the output voltage of the charger is applied to the windings of a control device 11 which compares. the magneto-motive force produced by these windings with that of a permanent magnet 12 and adjusts the impedance of other windings of the device in accordance
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with the difference of the two magneto-motor forces.
The impedanoe of these other windings regulates the voltage applied to the input of a saturated reactance amplifier comprising the reactive devices 13-16, the dry disk rectifiers 17-21 rectifying the whole wave, and the dissipators. reactive positives 23-26. The output circuit of the reactance amplifier is connected to the saturating windings of the reactive control device 10.
The charger is suitable for use either on 110 V. AC or 220 V. AC by simply changing the connections of terminals 27-30- These terminals are shown connected for operation at 110 volts, in this case terminal 2 is connected through a contact of the switch 31, the fuse 32, the windings 10a and 7a, the connection between the terminals 29 and 30, the fuse 33, and the other contact of the switch 31 to the terminal 3. The windings 10b and 7b are placed in parallel on windings 10a and 7a by the connection established between terminals 27 and 28.
For operation at 220 volts, the indicated connections are removed and the terminals 28 and 30 are connected together, in this case the windings 10a, 7a, 10b and 7b are connected in series on the supply circuit. The winding directions on the reactive regulation device 10, and on the saturable reactive devices 13-16, are such that the magnetic flux produced in the core by the two windings of the outer branches are neutralized in the middle branohe. The impedance of the windings of the outer branches of each of these reactive devices varies with the degree of saturation of the core, which depends on the magnitude of the direct current which passes through the winding of the central branch.
The control device 11 is also a reactive device but different in its construction and its operation from the other saturable reactive devices 10 and
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13-16. The control device comprises a magnetic core with four branches joined by two yokes and the two inner branches of which are of smaller section in order to be saturated more quickly. One of the two outer branches of the core consists of a permanent magnet which can be moved relative to the yokes so as to change the surface with which it is in contact for a reason which will be explained later. A winding is provided on each of the internal branches.
These windings, hereinafter called windings for the AC, are connected in series so that the magnetic flux produced by the current flowing in the series circuit is established in the opposite direction in the two inner branches of the core; therefore, these windings are incapable of producing a difference in magneto-motive force between the two spars and therefore will not exert a demagnetizing effect on the permanent magnet when it is excited by alternating current. . Two additional windings, hereinafter called DC windings; are provided; one on each cylinder head between the remaining outer leg and the inner legs. These windings are connected in additive series and can, if desired, be replaced by a single winding on the remaining outer leg.
A rheostat 41, having a negative temperature coefficient, is connected in series with the direct current windings to compensate for the variations in resistance thereof with the variations in temperature. This rheostat is preferably incorporated in the core of the control device 11. As a variant, the direct current windings can be wound with wire having a very low temperature coefficient in such a way that no compensation is necessary. .
When the DC windings of the control device 11 are energized by the connection of a source to
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direct current at terminals 39 and 40, with the positive terminal of the source connected to terminal 40, the fluxes produced by these windings and by the permanent magnet will be added in the outer branches and the yokes of the core, but will oppose in the inner branches. For a predetermined voltage on the direct current windings, fixed by the force of the permanent magnet, the mentioned fluxes will destroy each other in the inner branches of the core and consequently them. AC windings therein will have a maximum impedance.
If the voltage on the DC windings is then either increased or decreased, a resulting flux will be produced in the inner branches in accordance with the difference between the magneto-motive forces of the permanent magnet and the DC windings. Due to the saturation of the inner branches, the impedance of the AC windings will decrease slowly and then very rapidly to a minimum value as the voltage on the DC windings is gradually increased or decreased from this. value fixed in advance.
The direct current windings of the control device 11 are placed in parallel on the output terminals 5.6 of the charger in series with the rheostats 41 and 42 and in shunt on the rheostats 43 and 44, so that the impedance of the AC windings of the control device must vary in accordance with the output voltage of the charger. The alternating current windings of the control device are placed in parallel on terminals symmetrically spaced from the secondary windings of the transformer 7, in series with the reactive device 22, via the terminals 37 and 38.
The alternating current terminals of the rectifier bridge 17 are connected between the midpoint of the secondary winding of the transformer 7 and
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the connection point between the reactive device 22 and the alternating current windings of the control device 11. The direct current terminals of the rectifier 17 are connected to the saturation windings 13c of the reactive device 13. The alternating windings 13a and 13b of the reactive device 13 are placed in parallel in the same way on the terminals mentioned above which are symmetrically placed on the transformer 7 in series with the reactive device 23. The terminals for alternating of the rectifier bridge 18 are placed between the terminal center of transformer 7 and the connection point between winding 13a and reactive device 23.
The direct current terminals of rectifier 18 are connected to saturation windings 14c of reactive device 14.
The remaining reactive devices are similarly linked in cascade. The successive stages of the reactance amplifier are energized from a second pair of terminals symmetrically placed on the secondary winding of transformer 7 via terminals 34 and 35 because it is preferable to wind the devices. reagents that are in these stages with finer wire than that used in the initial stage and to apply a higher AC voltage to them.
The controller 11 and the saturable reactor are preferably constructed as a sub-assembly which can be more easily adjusted before proceeding with the final assembly of the complete load unit. How to adjust this sub-assembly will be described below for the purpose of facilitating understanding of its operation. During adjustment, terminals 34 and 35 are connected to a suitable source of alternating current, the midpoint of the source being connected.
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to terminal 36. Terminals 37 and 38 are also connected to a suitable source of alternating current having its midpoint connected to, terminal 36. A transformer having taps at its secondary at ¯15V, ¯ 2.5v, 0, + 2.5V, + 15v, for example, can be used for this purpose.
The terminals 39 and 40 are connected to the negative and positive terminals, respectively, of a direct current source of variable voltage v. The voltage at terminals 39 and 40 is initially set to a pre-set value smaller than the maximum battery voltage for which the charger is to be used. For example, if the charger is to be used to operate with a central office telephone battery which has a nominal voltage of 48 volts, the voltage between terminals 39 and 40 may be initially set to 42 volts. A direct current voltmeter is then placed on the saturation winding 13c of the reactive device 13.
The strength of the permanent magnet 12, which is initially more strongly magnetized than is currently required, is now adjusted until a predetermined voltage appears across the winding 13c. This can advantageously be achieved by partially moving the magnet 12 on the core of the control device 11 at increasingly large distances, and returning the magnet to its starting position between each movement, until the voltage required is obtained with the magnet in its normal position. After the force of the magnet has been thus adjusted to the required value, it is rigidly fixed to the core.
The variable reactive devices 22-26 are initially set to the minimum value of the inductance. The inductance of each of these reactive devices will be smaller than that of the AC windings; such as 13a and 13b, das corresponding saturable reactive devices. The inductance of the reactive device 22 is then gradually
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increased. As the inductance of this reactive device approaches that of the AC windings of the control device 11, the voltage on the winding 13c will decrease to. a minimum value, and will then increase when the inductance of the reactive device 22 is further increased.
The equilibrium point is not fixed in a precise manner and it is therefore desirable to increase the inductance of the reactive device 22 until the moment when the voltage on the winding 13c begins to increase in the goal of obtaining the maximum sensitivity. The voltmeter is then moved on the winding 14c and the reactive device 23 is adjusted in a similar fashion after which the reactive devices 24 and 25 are adjusted in the same way. As the reactive device 10 is not included in the sub-assembly a rheostat can be connected to terminals 45 and 46 to replace the winding 10c during the adjustment of the sub-assembly.
After the reactive device 25 has been assembled, as described above, the voltage across terminals 39 and 40 is increased slightly until the voltage on winding 13c decreases to its minimum value. The inductance of the reactive device 26 is then increased, starting from the minimum value until the moment when the voltage across terminals 45 and 46 just begins to rise after having passed through its minimum value.
After adjusting the sub-assembly as described in the previous paragraph, it is attached and connected to the other elements of the entire load unit as shown in the figure. The part of the output voltage which is applied to the DC windings of the control device 11 is fixed by the value of the resistance of the rheostats 41-44-. The rheostat 42 is calibrated with respect to the output voltage so as to allow immediate on-site adjustment of the charger at any value.
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their required output voltage and oe within the constructive limits of the charger which can be 44 to 56 volts for example. The rheostats 41 and 44 are made adjustable to obtain a relationship between the adjustment of the rheostat 42 and the output voltage.
The rheostats 41 and 44 are set by means of an alternating current source having a voltage equal to the nominal voltage for which the charger is designed connected to its input terminals and to a battery having a voltage equal to the nominal value for which the charger is designed connected to its output. With the rheostat 42 placed on the nominal value of the output voltage indicated on its graduated scale, the rheostats 41 and 44 are adjusted so that the output current is approximately equal to two thirds of the nominal value of the charger.
Tests have shown that the output voltage will be maintained within ¯ 2% of the requested nominal value set by the adjustment of the rheostat 42, for all loads not exceeding the capacity of the charger despite a 10% variation of the input voltage, a 10% variation of the frequency, or the aging of the rectifiers. Loads greater than the nominal capacity of the charger will take their current from the battery and lower its final voltage, but the battery will be brought back to the required nominal voltage as soon as the load falls within the values included in the capacity limits of the char- geur.
Under normal conditions, the current flowing through the DC windings of each of the reactive devices 10 and 13-16 is approximately halfway between its minimum and maximum values when the value of the impedance of the AC windings of the control device 11 is placed halfway between its minimum and maximum value.
If the output voltage varies, by the
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due to variations in input voltage, load current, etc., the resulting magnetic flux passing through the inner branches of the control device varies in the same way, which changes the impedance of the AC windings by these branches in a direction such that it varies the impedance of the reactive regulator device 10 in a direction such that it forces the voltage applied to the transformer 7 either to increase or to decrease sufficiently to compensate for the initial variation. By giving the amplifier with saturable reactance a fairly high gain, almost complete compensation is obtained.
The AC power supply for the reactance amplifier may, if desired, be taken directly from the input terminals of the charger and may include an AC voltage regulator. However, it has been found that improved regulation is obtained when the reactance amplifier is supplied from the transformer 7 by the fact that the voltage applied to this transformer increases with increasing load, which gives a increasing gain of the reactance amplifier for increasing loads. A greater variation in impedance of the reactive regulator 10 for a given variation in load is thus obtained.
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