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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.
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