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Système d'alimentation de circuits alternatifs à tension et fréquence constantes en partant de courants continus à ten- sion variable.
La présente invention a pour objet un système d'ali- mentation de circuits alternatifs à tension et fréquence cons- tantes en partant de courants continus à tension variable.
Dans la traction électrique assurée par du courant continu, les véhicules sur rails ou sur route recueillent sur la ligne un courant à tension très variable dont la valeur est tantôt au-dessus, tantôt au-dessous de la tension nominale. Par exemple, pour une tension nominale de 600 volts, les valeurs extrêmes sont 450 volts et 750 volts.
Certains organes auxiliaires de ces véhicules s'acco- modent mal de ces variations importantes de tension, en parti-
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culier, les organes d'éclairage, les soufflantes de ventilation et de chauffage. Pour les premiers, le flux lumineux varie consi- dérablement avec la tension et pour les dernières le débit varie lui aussi considérablement avec la tension.
En particulier, lorsque l'on veut appliquer l'éclaira- ge fluorescent à de tels véhicules, il n'est pas possible, pour les mêmes raisons, d'alimenter directement les tubes d'éclairage avec le courant de ligne. On doit alors employer un groupe auxi- liaire et l'on transforme le courant continu en courant alterna- tif qui est de beaucoup plus avantageux pour l'alimentation des tubes fluorescents. En général, jusqu'à présent , un tel groupe auxiliaire comprend un moteur entraînant un alternateur. Pour obtenir une fréquence constante, on maintient constante la vitese du moteur par l'emploi d'un régulateur de vitesse ; unrégulateur de tension ou un dispositif de compoundage monté sur l'alterna- teur sont utilisés pour maintenir une tension constante aux bague de l'alternateur.
L'emploi obligatoire de ces régulateurs rend l'ensemble compliqué et délicat.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se caractérise en ce que le groupe auxiliaire comprend un transformateur polymorphique tournant, plus spéciale- ment une commutatrice, comportant, entre son induit et la ligne, un dispositif générateur d'une force électro-motrice telle que la tension aux bornes continues du transformateur polymorphique tournant reste constante quelles que soient les variations de la tension de ligne.
Suivant une réalisation particulière de l'invention, on insère entre l'induit de la commutatrice et la ligne un induit auxiliaire comportant des moyens de réglage du flux qui le traver se pour le faire varier dans le même sens que la tension de ligne de telle sorte que la tension d'alimentation aux bornes de la commutatrice reste constante.
La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien
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comprendre comment l'invention peut être mise en oeuvre.
La figure 1 représente le schéma électrique d'une commutatrice et de son induit auxiliaire excité par deux en- roulements différentiels.
La figure 2 représente une commutatrice et son induit auxiliaire excité par un inducteur shunt dont le flux est réglé en fonction des variations de la tension de ligne.
La figure 3 représente une commutatrice et son induit auxiliaire muni d'un inducteur shunt et d'un inducteur diffé- rentiel dont le flux est réglé en fonction de la tension du courant débité par l' induit aux il iai re .
A l'exemple représenté à la figure 1, la commutatrice comprend un induit 1 alimenté par les balais 16 et 16a reliés aux conducteurs 17 et 17a de la ligne générale à cou- rant continu et un inducteur shunt 5 branché en dérivation sur ses balais 16 et 16a. Le courant alternatif fourni par la commu- tatrice est recueilli par ses bagues 3 et alimente la ligne de courant alternatif 18. L'induit 1 de la commutatrice est lié méca niquement à un induit auxiliaire 2 monté en série avec-l'induit 1 sur la ligne 17. L'induit 1 de la commutatrice peut, en outre, fournir de'la puissance mécanique à des organes annexes telle qu'une soufflante 4 et une dynamo 10.
Cette dynamo est utilisée pour la charge de la batterie 12 qui alimente les cir- cuits de contrôle du véhicule ; est contrôlée à son tour par les organes habituels schématisés en 11.
L'induit auxiliaire 2 comporte deux inducteurs diffé- rentiels 6 et 7 dont les flux sont opposés. L'inducteur 6 est monté en dérivation sur la ligne 17, 17a; l'inducteur 7 est monté en dérivation aux balais 16 et 16a de l'induit 1 de la commutat ri ce .
La valeur du rapport des ampères-tours des inducteurs 6 et 7 est réglée de telle sorte que pour la tension de ligne minimum le flux donné par l'inducteur 6 l'emporte sur celui donné par l'inducteur 7 juste de la quantité suffisante pour
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annuler la chute de tension due au passage du courant à travers l'induit auxiliaire 2.
Si la tension en ligne augmente, le flux traversant l'induit auxiliaire 2 doit augmenter de telle sorte que la ten- sion fournie à la commutatrice par cet induit, si la machine est peu saturée, reste constante. Lorsque la tension en ligne croît, le flux donné par l'inducteur 6 croît et le flux donné par l'in- ducteur 7, alimenté par la commutatrice, reste constant. Cette disposition différentielle donne à l'induit auxiliaire 2 un flux proportionnel à la différence existant entre la tension réelle de ligne et la tension minimum de ligne de telle sorte que la tension fournie à la commutatrice par l'induit auxiliaire- 2 est constante et égale à la tension minimum de ligne pour laquelle le groupe a été établi.
Pour toutes les tensions supérieures à la tension minimum de ligne, l'induit auxiliaire 2 se comporte en moteur et fournit de la puissance mécanique à la commutatrice et aux organes annexes entraînés, s'il y ena.
Pour assurer une correction supplémentaire on peut, par des enroulements séries convenables 8 et 9, compenser les effets de saturation et de réaction d'induit dans les machines.
La commutatrice, dont l'induit 1 est alimenté à ten- sion constante en courant continu, tournera à vitesse constante et donnera par ses bagues 3 au réseau 18 du courant alternatif, à-fréquence et tension constantes.
Dans la réalisation représentée à la figure 2, la régulation du groupe est assurée par un régulateur de tension agissant sur l'induit auxiliaire 2a excité par un enroulement shunt 14 ; cerégulateur de tension comporte une résistance réglable 13 montée en série sur l'inducteur shunt 14 de l'in- duit 2a et une bobine de contrôle 15 montée en dérivation aux bornes de l'induit la de la commutatrice.
Quand la tension de ligne augmente, le régulateur agit pour augmenter le flux dans l'inducteur shunt 14 de l'induit au- xiliaire 2a de façon à maintenir constante la tension de l'in-
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duit la de la commutatrice. Ce résultat est obtenu par diminu- tion de la résistance 13 du régulateur sous l'influence de la bobine de contrôle 15, à l'inverse de ce qui se passe dans les régulateurs de tension habituels pour dynamos.
La figure 3 représente un mode de réalisation dans lequel la régulation du groupe est assurée par un régulateur ordinaire. L'induit auxiliaire 2b est excité par l'inducteur shunt 7b et par un inducteur différentiel 14b monté en déri- vation aux balais de l'induit lb de la commutatrice et agissant en sens inverse de l'inducteur 7b. Entre cet induit lb et l'inducteur 14b est intercalée la résistance variable 13b d'un régulateur de tension dont la bobine de contrôle 15b est montée en dérivation aux balais de l'induit lb dE/Commutatrice. Lors- que la tension de ligne augmente, le régulateur agit pour aug- menter le flux dans l'induit auxiliaire 2b de façon à maintenir constante la tension aux bornes de l'induit lb de la commuta- trice.
Ce résultat est obtenu par augmentation de la résistance 13b du régulateur sous l'influence de la bobine de contrôle 15b, de telle sorte que le flux différentiel transmis à l'induit auxiliaire 2b augmente, par diminution du flux donné par l'in- ducteur 14b, le flux donné par l'inducteur 7b restant constant.
Quand on emploie un régulateur, il y a intérêt pour en simplifier la construction à prendre l'excitation de l'induit auxiliaire sur le circuit de contrôle à basse tension du véhi- cule. On a/ainsi un appareil plus robuste et demandant moins d'entretien. La bobine de tension est, bien entendu, alimentée par la tension à contrôler, ce qui n'offre aucune difficulté puisqu'il n'y a pas de commutation dans ce circuit.
Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, on pourra apporter des modifications aux formes d'exécution qui viennent d'être décrites.
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Supply system for alternating circuits at constant voltage and frequency starting from direct currents with variable voltage.
The present invention relates to a system for supplying AC circuits at constant voltage and frequency starting from DC currents with variable voltage.
In electric traction provided by direct current, rail or road vehicles collect on the line a very variable voltage current, the value of which is sometimes above and sometimes below the nominal voltage. For example, for a nominal voltage of 600 volts, the extreme values are 450 volts and 750 volts.
Certain auxiliary components of these vehicles do not cope well with these large variations in voltage, in particular.
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culier, lighting components, ventilation and heating blowers. For the former, the luminous flux varies considerably with voltage and for the latter the output also varies considerably with voltage.
In particular, when it is desired to apply fluorescent lighting to such vehicles, it is not possible, for the same reasons, to supply the lighting tubes directly with line current. An auxiliary group must then be used and the direct current is converted into alternating current which is much more advantageous for supplying fluorescent tubes. In general, until now, such an auxiliary unit comprises an engine driving an alternator. To obtain a constant frequency, the motor speed is kept constant by the use of a speed regulator; A voltage regulator or compounding device mounted on the alternator is used to maintain a constant voltage at the alternator rings.
The compulsory use of these regulators makes the whole complex and delicate.
The object of the present invention is to remedy these drawbacks and is characterized in that the auxiliary unit comprises a rotating polymorphic transformer, more specifically a commutator, comprising, between its armature and the line, a device generating an electro force. -motor such that the voltage at the DC terminals of the rotating polymorphic transformer remains constant regardless of variations in the line voltage.
According to a particular embodiment of the invention, an auxiliary armature is inserted between the armature of the commutator and the line, comprising means for adjusting the flow which passes through it in order to vary it in the same direction as the line voltage of such so that the supply voltage across the switch remains constant.
The following description, with reference to the accompanying drawings, given by way of non-limiting examples, will do
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understand how the invention can be implemented.
FIG. 1 represents the electric diagram of a commutator and of its auxiliary armature excited by two differential windings.
FIG. 2 represents a commutator and its auxiliary armature excited by a shunt inductor whose flux is adjusted as a function of variations in the line voltage.
FIG. 3 shows a commutator and its auxiliary armature provided with a shunt inductor and a differential inductor, the flux of which is regulated as a function of the voltage of the current delivered by the armature to the il iai re.
In the example shown in FIG. 1, the commutator comprises an armature 1 supplied by the brushes 16 and 16a connected to the conductors 17 and 17a of the general direct current line and a shunt inductor 5 connected in branch on its brushes 16. and 16a. The alternating current supplied by the switch is collected by its rings 3 and supplies the alternating current line 18. The armature 1 of the switch is mechanically linked to an auxiliary armature 2 mounted in series with the armature 1 on line 17. The armature 1 of the commutator can, in addition, supply mechanical power to ancillary members such as a fan 4 and a dynamo 10.
This dynamo is used for charging the battery 12 which supplies the vehicle control circuits; is controlled in turn by the usual organs shown schematically in 11.
The auxiliary armature 2 comprises two differential inductors 6 and 7 whose flows are opposed. The inductor 6 is mounted in branch on line 17, 17a; the inductor 7 is mounted as a bypass to the brushes 16 and 16a of the armature 1 of the commutat ri ce.
The value of the ratio of the ampere-turns of inductors 6 and 7 is set so that for the minimum line voltage the flux given by inductor 6 outweighs that given by inductor 7 just by the amount sufficient for
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cancel the voltage drop due to current passing through the auxiliary armature 2.
If the line voltage increases, the flux passing through the auxiliary armature 2 must increase so that the voltage supplied to the commutator by this armature, if the machine is not very saturated, remains constant. When the line voltage increases, the flux given by the inductor 6 increases and the flux given by the inductor 7, supplied by the commutator, remains constant. This differential arrangement gives the auxiliary armature 2 a flux proportional to the difference between the actual line voltage and the minimum line voltage so that the voltage supplied to the commutator by the auxiliary armature- 2 is constant and equal. at the minimum line voltage for which the group has been established.
For all voltages greater than the minimum line voltage, the auxiliary armature 2 behaves as a motor and supplies mechanical power to the commutator and to the ancillary driven components, if there are any.
To ensure additional correction, it is possible, by suitable series windings 8 and 9, to compensate for the saturation and armature reaction effects in the machines.
The commutator, of which the armature 1 is supplied at constant voltage in direct current, will rotate at constant speed and give, through its rings 3, to network 18, alternating current, at constant frequency and voltage.
In the embodiment shown in FIG. 2, the group is regulated by a voltage regulator acting on the auxiliary armature 2a excited by a shunt winding 14; The voltage regulator comprises an adjustable resistor 13 mounted in series with the shunt inductor 14 of the inductor 2a and a control coil 15 mounted in shunt at the terminals of the armature 1a of the switch.
When the line voltage increases, the regulator acts to increase the flux in the shunt inductor 14 of the auxiliary armature 2a so as to keep the voltage of the auxiliary constant.
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of the switch. This result is obtained by reducing the resistance 13 of the regulator under the influence of the control coil 15, unlike what happens in the usual voltage regulators for dynamos.
FIG. 3 represents an embodiment in which the regulation of the group is provided by an ordinary regulator. The auxiliary armature 2b is excited by the shunt inductor 7b and by a differential inductor 14b connected bypass to the brushes of the armature lb of the commutator and acting in the opposite direction to the inductor 7b. Between this armature lb and the inductor 14b is interposed the variable resistor 13b of a voltage regulator, the control coil 15b of which is mounted as a shunt to the brushes of the armature lb dE / Switch. When the line voltage increases, the regulator acts to increase the flux in the auxiliary armature 2b so as to keep the voltage at the terminals of the armature lb of the switch constant.
This result is obtained by increasing the resistance 13b of the regulator under the influence of the control coil 15b, so that the differential flux transmitted to the auxiliary armature 2b increases, by reducing the flux given by the inductor. 14b, the flux given by the inductor 7b remaining constant.
When employing a regulator, it is advantageous to simplify its construction to take the excitation of the auxiliary armature on the low voltage control circuit of the vehicle. We have / thus a more robust apparatus and requiring less maintenance. The voltage coil is, of course, supplied by the voltage to be controlled, which presents no difficulty since there is no commutation in this circuit.
It goes without saying that, without departing from the scope of the invention, it is possible to make modifications to the embodiments which have just been described.