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- CONDENSATEUR INDUCTIF -
L'invention se rapporte aux bobines de réactance et aux transformateurs dans lesquels on cherche à obtenir une inductance et une capacité réparties élevées.
Dans certains éléments de circuits comportant inductance et capacité tels que : bouchons anti-résonnants, filtres, etc..., ou encore quand on veut améliorer le facteur de puissance d'une inductance au moyen d'une capacité, on a recours à des combinaisons de bobines et de condensateurs. L'invention permet de réaliser, dans certains cas, l'inductance et la capacité au moyen d'un seul élément, d'où il résulte une économie de poids, d'encombrement et de prix,
Il est connu d'utiliser la capacité répartie d'une bobine avec ou sans l'adjonction d'une capacité supplémentaire pour constituer un circuit ré- @
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-sonnant ou anti-résonnant;
on y a recours aussi bien dans la gamme des fré- quences radio électriques que dans le domaine des fréquences acoustiques,
On a, d'autre part, déjà utilisé l'inductance propre des condensateurs pour limiter le courant de court-circuit à la valeur de sécurité, notamment dans les équipements de soudure électrique.
La présente invention concerne un mode de réalisation nouveau d'un con- densateur inductif dont l'inductance et la capacité réparties sont susceptibles de prendre des valeurs importantes, la première pouvant être ajustée à la valeur désirée. Cet appareil peut recevoir de nombreuses applications, non seulement dans le domaine des fréquences élevées, mais dans celui des fréquences des réseaux de distribution d'énergie électrique ; c'est ainsi qu'il en sera décrit une appli- cation particulièrement intéressante à la réalisation des équipements d'alimen- tation des lampes à fluorescence, généralement désignés sous le nom de ballast.
Le condensateur inductif conforme à l'invention est caractérisé par au moins un enroulement constitué par de la bande métallique mince ayant une capa- cité importante par rapport à une autre électrode qui peut être, dans certains cas, l'enveloppe du condensateur. Plus généralement, ce type de condensateur est cons- titué par plusieurs enroulements isolés entre eux par un diélectrique en feuille ou formé sur la bande métallique elle-même, avec interposition, éventuellement, dans ce dernier cas, d'un électrolyte. Ces enroulements sont montés sur un cira cuit magnétique constitué par un empilage de t8les découpées.
Le condensateur inductif conforme à l'invention peut servir à former un circuit résonnant de fréquence réglable par l'ajustage de l'inductance. Il peut être utilisé pour réaliser des transformateurs ayant des caractéristiques particulières, notamment des aut-o-transformateurs pour l'alimentation des tubes fluorescents. I1 peut également servir à faire des filtres de caractéristiques très diverses.
On comprendra mieux les caractéristiques et avantages de l'invention en se reportant à la description qui suit et aux dessins qui l'accompagnent, lesquels concernent des exemples de réalisation et d'application n'ayant d'ailleurs aucun caractère limitatif quant à l'esprit et à la portée de l'invention.
La figure 1 est une vue perspective d'une réalisation de l'invention,
La figure 2 est un schéma équivalent d'une cellule de filtre constitué par un condensateur inductif.
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La figure 3 est le schéma du circuit précédent, dans le cas où la bobine comporte un noyau magnétique.
La figure 4 est un condensateur inductif à électrolyte liquide ou pâteux, dont les figures 5 et 6 représentent les schémas équivalents.
La figure 7 est une vue perspective de l'enroulement d'un condensa- teur inductif conforme à l'invention.
Les électrodes sont représentées déroulées figure 8.
La figure 9 montre comment on établit les connexions pour obtenir une inductance en série avec une capacité, la figure 10 représente le schéma des électrodes déroulées, et la figure 11 en est le schéma électrique équivalent.
La figure 12 est le schéma d'une variante du montage des figures précédentes, la figure 13 étant le schéma du circuit équivalent.
La figure 14 est le schéma d'un condensateur inductif comportant des prises, en vue de faire varier l'inductance.
Les figures 15 à 20 représentent des éléments de filtre réalisés au moyen d'un condensateur inductif; les figures 15 et 16 concernent un filtre passe- bas à une cellule, les figures 17 et 18 un filtre passe-bas à trois étages, les figures 19 et 20 une cellule de filtre passe haut.
Les figures 21 à 27 concernent des applications des condensateurs inductifs aux dispositifs d'alimentation des tubes fluorescents (ballast).
La figure 21 et(le schéma de son circuit équivalent,)figure 22 représentent un dispositif se comportant comme une capacité pour le réseau de dis- tribution. La figure 23 et (le circuit équivalent) figure 24 représentent un auto-transformateur réalisé au moyen d'un condensateur inductif.
La figure 25 est une vue perspective d'un auto-transformateur dont le schéma des électrodes est donné par la figure 26, et le schéma du circuit équi- valent par la figure 27.
Les figures 28, 29, 30 sont relatives à un autre mode de réalisation d'un dispositif d'alimentation pour tubes fluorescents,
Les figures 31 à 35 sont relatives à l'emploi de condensateurs induc- tifs pour réaliser des transformateurs, le primaire et le secondaire étant consti- tués par un enroulement à forte capacité répartie.
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En se reportant à la figure 1, on voit un exemple de réalisation de l'invention, s'appliquant à l'équipement des tubes fluorescents (ballast) qui a, comme on le sait, trois buts principaux ; sert à limiter le courant, étant donné qu'un tube fluoreseent fonctionne en régime d'arc; sa caractéristique a une pente négative ; il sert à fournir une surtension à l'allumage, et parfois à adapter le tube à la tension du réseau. Le condensateur inductif conforme à l'invention peut en outre, jouer une autre fonction : e'st de relever le facteur de puissance de la bobine, ce que l'on fait généralement en utilisant un condensateur supplémen- taire.
Le condensateur inductif ballast 1 est constitué par des enroulements de bandes minces 2 comportant deux bandes métalliques 3 & 4 séparées par des bandes d'une matière diélectrique 5 & 6. La bobine est montée sur un noyau magnétique feuilleté 7, ayant une faible réluctance. Ce mode de construction permet d'obte- nir une inductance élevée et une capacité répartie importante.
Les figures 2 & 3 représentent le schéma équivalent, où 9 est la capa- cité, 10 l'inductance et 12a le noyau magnétique.
Il peut être intéressant, dans certaines applications nécessitant une capacité importante, de prévoir un condensateur électrolytique. La figure 4 re- présente un tel condensateur 13, dans lequel une bobine 14, constituée d'une bande métallique, par exemple de l'aluminium, est disposée à l'intérieur d'une enveloppe métallique 15 du même métal que l'enroulement. Celui-ci fournit l'in- ductance désirable représentée par 20 sur les figures 5 & 6 et la capacité entre 14 & 15 est le condensateur 19 de ce schéma.
La bobine 2 de la figure 1 a été représentée à une échelle un peu plus grande (figure 7), et les électrodes déroulées sans interposition de diélectrique sont représentées par la figure 8. S1 et 82 représentent le début des enroule- ments, F1 et F2 la fin des enroulements,
Les figures 9 & 10 montrent comment l'en connecte les entrées et les sorties de la bobine, en vue d'obtenir un circuit résonnant dont le schéma équi- valent est représenté par la figure 11, La source de tension alternative est réunie à la borne d'entrée S2 de l'un des enroulements par le conducteur 26 et la borne de sortie SI de l'autre enroulement, par la connexion 28. L'inductance équivalente a été représentée par la bobine 33 de la figure 11 et le condensa- teur en 34.
Un tel dispositfi à des applications nombreuses; c'est ainsi que il peut être utilisé en série aec un des tubes fluorescents d'un montage
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à deux tubes, en vue de créer le déphasage désirable. Un tel circuit résonnant peut également servir à éliminer une fréquence indésirable. Comme le montrent les flèches 30 et 31 de la figure 10, le sens des courants dans les deux bandes est tel que les flux embrassés soient additifs. Il est, de plus, facile de voir que la différence de potentiel entre les deux bandes est sensiblement constante entres leurs bornes d'entrée et de sortie, L'enroulement 24 peut dolc être mis sous la forme du schéma équivalent de la figure 11, c'est-à-dire une bobine d'incutale 33 et un condensateur 34.
On peut faire varier la valeur de l'inductance 33, indépendamment de la capacité, en déplaçant les prises sur les bandes métalliques, comme le repré- sente la figure 12. Le schéma équivalent, figure 13, est le même que le précé- dent, sauf que l'inductance 41 a été réduite, la capacité 34 demeurant évidemment la même.
La figure 14 représente un condensateur inductif sur une des électrodes duquel sont disposées des prises 42, 43, 44, qui permettent de faire varier l'in- dutalce sans faire varier la capacité.
Comme on l'a dit plus haut, les figures 15 à 20 représentent une série de filtres passe-'haut et passe-bas réalisés avec des condensateurs inductifs conformes à l'invention. Sur la figure 15, la source 46 est connectée aux bornes F1 et F2 du condensateur inductif, au moyen des connexions 47 et 48. La figure lé représente le schéma équivalent, où l'inductance est figurée par la bobine 52, et la capacité répartie est figurée localisée sous forme du condensateur 51. Le circuit d'utilisation est en 49. Une suite de cellules passe-bas est représentée en 53, figure 17. Les extrémités des bandes F, S1 des condensateurs inductifs 55, 57, 58 sont réunies en série, alors que les extrémités S2 sont associées en parallèle et réunies par la connexion 56 à l'une des bornes de la source et du circuit d'utilisation 59.
La figure 18 représente le schéma équivalent comportant les inductances 61, 62, 63 en série, et les capacités 64, 65, 66 en dérivation.
La figure 19 montre le schéma de branchement des électrodes d'un con- densateur inductif, en vue de réaliser une série de filtres passe-haut. La source 72 est ici réunie d'une part à l'extrémité F1 de la bande 69 par la con- nexion 70, alors que l'autre borne de la source est réunie à l'extrémité S2' par la connexion 71, le circuit d'utilisation 68 étant réuni aux extrémités F2,S2
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de l'un des enroulements. Le schéma équivalent 73 de ce système 67 est représenté par la figure 20, comportant un condensateur série 74 et une inductance en dérivé- tion 75.
Comme on l'a dit plus haut, une des utilisations très intéressantes de l'invention concerne la fabrication des condensateurs inductifs à noyau magnétique pour limiter le courant des tubes fluorescents, fournir la tension d'amorçage et corriger le facteur de puissance. La figure 21 représente le schéma d'un ballast à transformateur pour tube fluorescent. La source d'alimentation 76 est réunie aux extrémités F1 et F2 des enroulements du ballast qui alimente le tube fluorescent 78, lequel est branché aux extrémités S1 et F2 des enroulements. Le circuit équivalent 80 est représenté par la figure 22; il comporte un condensateur 81 en dérivation aux bornes de la source, et une inductance 82 en série avec le tube fluorescent 78, asso- cié à son dispositif de démarrage, souvent appelé starter, qui est généralement un dispositif à bilame.
Moyennant un choix convenable des valeurs de l'inductance et de la capacité, on obtient l'effet de régulation désiré, et la tension de pointe à l'allumage.
Il peut être nécessaire, dans certains cas, de prévoir un rapport de transmission entre la tension du réseau et celle sous laquelle fonctionne le tube.
Ceci peut être réalisé au moyen de deux condensateurs inductifs 83 et 84, comme le représente la figure 23, montés de façon à former un auto-transformateur. La sour- ce 85 est réunie aux extrémités F1 et F2 des enroulements de l'un des condensateurs inductifs 83, ainsi qu'aux extrémités S1 et S2 de l'autre condensateur 84. L'extré- mité HF2 de l'enroulement du condensateur 83 est réunie à l'extrémité S1 des deux condensateurs. Une des cathodes du tube fluorescent 86 est réunie à l'extrémité F2 du condensateur 84 et aux extrémités S1 des deux condensateurs 83 et 84. Ce montage a, comme circuit équivalent, le schéma 87 représenté par la figure 24, où le condensateur 88 représente la capacité des deux condensateurs.
Les enroulements sont connectés de façon que les condensateurs se comportent comme un auto-transfor- mateur 90 et une inductance série 89.
Pour certaines applications, il peut êTRE nécessaire de réduire la valeur de la capacité par rapport à ce qu'elle serait si le condensateur était constitué par deux bandes métalliques d'égale longueur. Les figures 25 et 26 représentent un mode de construction répondant à cette nécessité. Le condensateur inductif 91 a une bobine 92 constituée de deux bandes métalliques 93 et 94 séparées par
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un diélectrique. Le bobinage est monté sur la jambe centrale d'un circuit magné--- tique de type courant à deux fenêtres. Comme on peut le voir sur la figure 26, la bande 93 est notablement plus longue que la bande 94. La capacité est fixée sensibàlement par la longueur de la bande 94. alors que la valeur de l'inductance est donnée par la longueur de la bande 93.
Le condensateur inductif 91 de la fi- gure 25 est représenté monté dans un circuit équivalent à celui des fige 21 et 22; les extrémités F1 et F2 sont représentées connectées à la source 97, et le tube fluorescent 98 et sont dispositif de démarrage 99 sont réunis aux extrémités F1 et S2. Le circuit équivalent 100 est représenté par le schéma de la figure 27, où la capacité est représentée aux bornes de la source 97 et l'inductance 102 en série avec le tube 98.
Si la bande métallique 93 de la figure 26 a la même longueur que celle du ballast 77 de la figure 21, et que la bande 94 soit plus courte que la bande 93, l'inductance 102 de la figure 27 est égale à l'inductance 82 de la figu- re 22, mais la capacité 101 sera plus petite que la capacité 81,
La figure 28 représente un montage de condensateur inductif dont les sché- mas équivalents 104 & 105 sont*représentés respectivement par les figures 29 & 30.
Ce montage a pour but d'obtenir un rapport élévateur de tension dont la valeur est fonction de la fréquence du courant d'alimentation, ainsi que de l'inductance et de la capacité du condensateur inductif. Dans ce quadripôle, la source 107 est réunie d'une part,au moyen de la connexion 106, àl'extrémité F1 de l'un des enrou- lements et l'autre borne, au moyen de la connexion 109,à l'autre extrémité S2 de l'autre enroulement. Les cathodes du tube fluorescent 110 sont réunies, l'une à l'extrémité S1 de l'un des enroulements, et l'autre à l'extrémité F2 de l'autre enroulement.
La figure 29 est le schéma exact du circuit équivalent du condensateur in- ductif de la figure 28. On suppose que les deux inductances 111 et 112 ont un coefficient de couplage égal à l'unité. Le condensateur 113 est réuni entre leurs points de jonction et l'autre home de la source d'alimentation. Il nappait pas de façon évidente qu'on puisse en déduire le schéma du circuit équivalent 105 représenté par la fig.30. Mais le calcul suivant permet de relier ces différents circuits.
On désignera par :
E la tension appliquée,
I le courant dans le circuit d'utilisation, i le courant dans le condensateur, e la force électro-motrice induite dans un des enroulemens,
Q la charge de la capacité,
C la capacité du condensateurs @
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R la résistance équivalente du circuit d'utilisation,
L l'inductance d'un enroulement, f la fréquence du courant alternatif fourni par le réseau.
L'application de la loi de Kirchoff au schéma de la figure 29 conduit à Inéquation suivante :
EMI8.1
- L (2 TT- * H") et :
E = 2e + R I (2)
En combinant les équations (1) et (2), on obtient :
EMI8.2
E = 2L i;2 d t + d t + R 1 (3)
D'autre part :
Q=CV (4) et V- E- e (5)
En portant (1 )dans (5), on obtient :
EMI8.3
V E ¯ L I 2 d t + d t Et en portant (6) dans (4), on obtient
EMI8.4
-c iE L 2 d I + d i (7) Par définition : dQ = i et l'on posera :
EMI8.5
l'on posera : d d t = p d d2 tz P2 d t Endérivant (7), il vient :
EMI8.6
i = C pE L 2 p 2 1 + p i y1 ! (9) (3) peut s'inscrire
E=2L 2pI+pi +RI (10)
En régime permanent, ce qui est le cas dans l'exemple envisagé, P = jw et w = 2 Ò f.
Les équations (9) et (10) peuvent alors s'écrire : i - C ! j W E + W2 L(2 I + i) (11)
E = 2 LjW (2 I + i) + RI (L2) En éliminant i ,il vient :
EMI8.7
El+wzLC =4 .1WLI +RI (13) 1 W2' LC 1 - W L C On voit que le rapport d'élévation de tension, qui est donné par
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le coefficient de E ,est fonction de la fréquence, de l'inductance et de la capacité. Comme le montre le schéma du circuit équivalent 105 de la figure 30, la transformation de tension est effectuée par le transformateur 116, le facteur de puissance est corrigé par la capacité 117 et l'effet ballast est obtenu par l'inductance 118.
Les figures 31 à 35 représentent des applications du condensateur inductif dans le domaine des transformateurs. On peut améliorer leur facteur de puissance, corriger 1=appel de courant à la mise sous tension, réduire le courant débotté, enfin, apporter une amélioration aux perturbations qui peuvent affecter les ins- tallations téléphoniques ou radio-électriques.
Dans le cas du transformateur représenté par la figure 31, le primaire 119 peut être constitué de façon habituelle par un enroulement de fil ou,encore, par une bande enroulée. Il est monté sur l'une des jambes d'un circuit magnétique à faible réluctane et réuni à une source de tension par les fils 121-122. On peut, si on le désire, mettre le point milieu de llenroulement au sol, comme il - représenté en 123, pour éviter qu'une tension excessive se manifeste entre l'en- roulement et le sol. L'enroulement secondaire, qui est monté sur l'autre jambe du circuit magnétique, est constitué par un condensateur inductif dont les extrémités d'enroulements S1 et F2 sont réunies ensemble, alors que les extrémités F1 et R sont réunies aux circuit d'utilisation par les fils 125 & 126.
La figure 32 re- présente, sous une forme schématique, ce transformateur; la fig.33 est le schéma de son circuit équivalent. L'enroulement secondaire à basse tension est repr senté par la bobine 127 et l'inductance de la bobine du condensateur indctif 124 est figurée par la bobine à noyau magnétique 128. La capacité du condensateur est représentée en 129, connectée aux bornes du circuit d'utilisation. En choi- sissant convenablement les valeurs de la capacité 129 et de ltinductance 128, il est possible d'améliorer le facteur de puissance, de réduire l'appel de courant à la mise sous tension, de réduire le courant magnétisant et les perturbations radioélectriques et téléphoniques. L'enroulement du condensateur peut évidemment être placé du côté primaire.
La figure 34 représente une disposition d'enroulement de transformateur tout-à-fait semblable à celle de la figure 31 ; y voit un condensateur su- plémentaire qui n'est/parcour par le courant du circuit d'utilisation et est disposé dans le circuit secondaire, de façon à accroître la capacité
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lorsque cela est nécessité par des conditions d'amélioration du facteur de puis- sance de réduction de l'appel de courant, etc.. Sur la jambe centrale du cir- cuit magnétique 131 sont bobinées plusieurs bobines de condensateur inductif et dans ce cas particulier, le primaire est une bobine 132 en fil en deux sections associées en série, et dont le point milieu est mis à la terre en 133. Le cou- rant alternatif est appliqué eu primaire par les fils 134 & 135.
Le secondaire de ce transformateur peut être constitué par deux transformateurs inductifs 136 & 137,formant deux sections associées en série. Chacune de ces sections est bobinée sur une partie du primaire. Deux condensateurs inductifs additionnels 138 & 139 sont, de même, constitués par deux enroulements reliés en série et réunis de façon à augmenter la capacité secondaire,
La figure 35 représente le schéma des connexions du transformateur de la figure 34. On y voit que l'extrémité F3 de l'enroulement 136 est réunie au début 84 de l'enroulement 137. Les fils 140 et 141 allant aux bornes de sortie sont réunis à S3 de l'enroulement 136 et à F4 de l'enroulement 137 respectivemert reliés. L'entrée F5 de la bobine 138 est réunie à S6 du bobinage 139.
On obtient de cette façon un doublage de la tension et une augmentation de la capacité in- troduite dans le circuit.
-RESUME-
Nouveau mode de construction des condensateurs, permettant de leur donner une inductance propre, élevée, caractérisés en ce qu'ils sont constitués par au moins un enroulement d'une bande métallique dont les spires sont assemblées entre elles, ledit enroulement possédant une capacité élevée par rapport à une autre électrode, et étant monté sur un circuit magnétique, en vue d'accroïtre l'inductance propre.
Mode de réalisation dans lequel le condensateur est constitué par plusieurs bandes métalliques assemblées entre elles par un diélectrique,et enroulées de façon à former une bobine qui est montée sur un circuit magnétique, les entrées et sorties des enroulements étant réunies entre elles de façon que l'inductance soit maxima.
Mode de réalisation dans lequel la capacité du condensateur est augmen- tée en formant le diélectrique à la surface même des électrodes, et en
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- INDUCTIVE CAPACITOR -
The invention relates to reactance coils and transformers in which it is sought to obtain a high distributed inductance and capacitance.
In certain circuit elements comprising inductance and capacitance such as: anti-resonant plugs, filters, etc., or even when one wants to improve the power factor of an inductor by means of a capacitor, one has recourse to combinations of coils and capacitors. The invention makes it possible to achieve, in certain cases, the inductance and the capacitance by means of a single element, resulting in a saving in weight, size and price,
It is known to use the distributed capacitance of a coil with or without the addition of an additional capacitor to constitute a re-circuit.
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-sounding or anti-resonant;
it is used both in the range of radio electric frequencies and in the field of acoustic frequencies,
On the other hand, the specific inductance of capacitors has already been used to limit the short-circuit current to the safety value, in particular in electrical welding equipment.
The present invention relates to a new embodiment of an inductive capacitor, the distributed inductance and capacitance of which are liable to take large values, the former being able to be adjusted to the desired value. This device can receive many applications, not only in the field of high frequencies, but in that of the frequencies of electrical energy distribution networks; thus will be described a particularly interesting application to the production of supply equipment for fluorescence lamps, generally referred to as ballast.
The inductive capacitor in accordance with the invention is characterized by at least one winding formed by the thin metal strip having a large capacity compared to another electrode which can be, in certain cases, the envelope of the capacitor. More generally, this type of capacitor is constituted by several windings insulated from one another by a dielectric in sheet form or formed on the metal strip itself, with the interposition, optionally, in the latter case, of an electrolyte. These windings are mounted on a baked magnetic wax consisting of a stack of cut t8les.
The inductive capacitor according to the invention can be used to form a resonant circuit of adjustable frequency by adjusting the inductance. It can be used to make transformers with particular characteristics, in particular aut-transformers for supplying fluorescent tubes. It can also be used to make filters with very different characteristics.
The characteristics and advantages of the invention will be better understood by referring to the following description and to the accompanying drawings, which relate to embodiments and application examples which, moreover, have no limiting character as to the spirit and within the scope of the invention.
Figure 1 is a perspective view of an embodiment of the invention,
FIG. 2 is an equivalent diagram of a filter cell constituted by an inductive capacitor.
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FIG. 3 is the diagram of the previous circuit, in the case where the coil comprises a magnetic core.
FIG. 4 is an inductive capacitor with a liquid or pasty electrolyte, of which FIGS. 5 and 6 represent the equivalent diagrams.
FIG. 7 is a perspective view of the winding of an inductive capacitor according to the invention.
The electrodes are shown unwound in Figure 8.
Figure 9 shows how the connections are made to obtain an inductor in series with a capacitor, Figure 10 shows the diagram of the unwound electrodes, and Figure 11 is the equivalent electric diagram.
FIG. 12 is the diagram of a variant of the assembly of the preceding figures, FIG. 13 being the diagram of the equivalent circuit.
FIG. 14 is the diagram of an inductive capacitor comprising taps, with a view to varying the inductance.
Figures 15 to 20 show filter elements made by means of an inductive capacitor; Figures 15 and 16 relate to a single cell low pass filter, Figures 17 and 18 to a three stage low pass filter, Figures 19 and 20 to a high pass filter cell.
Figures 21 to 27 relate to applications of inductive capacitors to fluorescent tube power devices (ballast).
FIG. 21 and (the diagram of its equivalent circuit,) FIG. 22 represent a device behaving like a capacitor for the distribution network. Figure 23 and (the equivalent circuit) Figure 24 represent an auto-transformer produced by means of an inductive capacitor.
FIG. 25 is a perspective view of an autotransformer whose electrode diagram is given by FIG. 26, and the equivalent circuit diagram by FIG. 27.
Figures 28, 29, 30 relate to another embodiment of a supply device for fluorescent tubes,
FIGS. 31 to 35 relate to the use of inductive capacitors to make transformers, the primary and the secondary being constituted by a winding with high distributed capacitance.
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Referring to Figure 1, we see an exemplary embodiment of the invention, applying to the equipment of fluorescent tubes (ballast) which has, as we know, three main purposes; serves to limit the current, since a fluoreseent tube operates in an arcing state; its characteristic has a negative slope; it is used to provide an overvoltage on ignition, and sometimes to adapt the tube to the network voltage. The inductive capacitor according to the invention can furthermore play another function: that of raising the power factor of the coil, which is generally done by using an additional capacitor.
The ballast inductive capacitor 1 is formed by windings of thin strips 2 comprising two metal strips 3 & 4 separated by strips of a dielectric material 5 & 6. The coil is mounted on a laminated magnetic core 7, having a low reluctance. This method of construction makes it possible to obtain a high inductance and a large distributed capacitance.
Figures 2 & 3 show the equivalent diagram, where 9 is the capacitance, 10 the inductance and 12a the magnetic core.
It may be advantageous, in certain applications requiring a large capacity, to provide an electrolytic capacitor. FIG. 4 shows such a capacitor 13, in which a coil 14, consisting of a metal strip, for example aluminum, is arranged inside a metal casing 15 of the same metal as the winding . This provides the desirable inductance shown as 20 in Figures 5 & 6 and the capacitance between 14 & 15 is capacitor 19 in this diagram.
The coil 2 of figure 1 has been shown on a somewhat larger scale (figure 7), and the unwound electrodes without interposition of dielectric are shown in figure 8. S1 and 82 represent the start of the windings, F1 and F2 the end of the windings,
Figures 9 & 10 show how the inputs and outputs of the coil are connected, in order to obtain a resonant circuit whose equivalent diagram is shown in figure 11. The source of alternating voltage is joined to the input terminal S2 of one of the windings by the conductor 26 and the output terminal SI of the other winding, by the connection 28. The equivalent inductance has been represented by the coil 33 of FIG. 11 and the condenser - tor in 34.
Such a device has numerous applications; this is how it can be used in series with one of the fluorescent tubes of an assembly
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two tubes, in order to create the desirable phase shift. Such a resonant circuit can also be used to remove an unwanted frequency. As shown by arrows 30 and 31 of FIG. 10, the direction of the currents in the two bands is such that the embraced flows are additive. It is, moreover, easy to see that the potential difference between the two bands is approximately constant between their input and output terminals, the winding 24 can dolc be put in the form of the equivalent diagram of figure 11, i.e. an incutale coil 33 and a capacitor 34.
The value of inductance 33 can be varied, independently of the capacitance, by moving the taps on the metal strips, as shown in figure 12. The equivalent diagram, figure 13, is the same as the previous one. , except that the inductance 41 has been reduced, the capacitance 34 obviously remaining the same.
FIG. 14 represents an inductive capacitor on one of the electrodes of which are arranged taps 42, 43, 44, which make it possible to vary the indutalce without varying the capacitance.
As stated above, FIGS. 15 to 20 represent a series of high-pass and low-pass filters produced with inductive capacitors in accordance with the invention. In FIG. 15, the source 46 is connected to the terminals F1 and F2 of the inductive capacitor, by means of the connections 47 and 48. FIG. 1 represents the equivalent diagram, where the inductance is represented by the coil 52, and the distributed capacitance is shown located in the form of the capacitor 51. The utilization circuit is at 49. A series of low-pass cells is shown at 53, figure 17. The ends of the bands F, S1 of the inductive capacitors 55, 57, 58 are united in series, while the ends S2 are associated in parallel and joined by connection 56 to one of the terminals of the source and of the use circuit 59.
FIG. 18 represents the equivalent diagram comprising the inductors 61, 62, 63 in series, and the capacitors 64, 65, 66 in shunt.
FIG. 19 shows the diagram of the connection of the electrodes of an inductive capacitor, with a view to producing a series of high pass filters. The source 72 is here joined together on the one hand at the end F1 of the strip 69 by the connection 70, while the other terminal of the source is joined at the end S2 'by the connection 71, the circuit of use 68 being joined at the ends F2, S2
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of one of the windings. The equivalent diagram 73 of this system 67 is represented by FIG. 20, comprising a series capacitor 74 and a derivative inductor 75.
As stated above, one of the very interesting uses of the invention relates to the manufacture of inductive capacitors with a magnetic core for limiting the current of fluorescent tubes, providing the starting voltage and correcting the power factor. Figure 21 shows the diagram of a transformer ballast for a fluorescent tube. The power source 76 is joined to the ends F1 and F2 of the windings of the ballast which supplies the fluorescent tube 78, which is connected to the ends S1 and F2 of the windings. The equivalent circuit 80 is represented by FIG. 22; it comprises a capacitor 81 in bypass at the terminals of the source, and an inductor 82 in series with the fluorescent tube 78, associated with its starting device, often called a starter, which is generally a bimetal device.
By means of a suitable choice of the values of inductance and capacitance, the desired regulation effect is obtained, and the peak voltage on ignition.
It may be necessary, in certain cases, to provide a transmission ratio between the voltage of the network and that under which the tube operates.
This can be done by means of two inductive capacitors 83 and 84, as shown in Fig. 23, mounted to form an auto-transformer. The source 85 is joined at the ends F1 and F2 of the windings of one of the inductive capacitors 83, as well as at the ends S1 and S2 of the other capacitor 84. The HF2 end of the winding of the capacitor 83 is joined at the end S1 of the two capacitors. One of the cathodes of the fluorescent tube 86 is joined to the end F2 of the capacitor 84 and to the ends S1 of the two capacitors 83 and 84. This assembly has, as an equivalent circuit, the diagram 87 represented by figure 24, where the capacitor 88 represents the capacity of the two capacitors.
The windings are connected so that the capacitors behave like an auto-transformer 90 and a series inductor 89.
For some applications it may be necessary to reduce the value of the capacitance from what it would be if the capacitor were two metal strips of equal length. Figures 25 and 26 show a construction method meeting this need. The inductive capacitor 91 has a coil 92 consisting of two metal strips 93 and 94 separated by
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a dielectric. The winding is mounted on the central leg of a standard type magnetic circuit with two windows. As can be seen in Fig. 26, the band 93 is significantly longer than the band 94. The capacitance is set sensually by the length of the band 94. while the value of the inductance is given by the length of the band. band 93.
The inductive capacitor 91 of FIG. 25 is shown mounted in a circuit equivalent to that of pins 21 and 22; the ends F1 and F2 are shown connected to the source 97, and the fluorescent tube 98 and its starter device 99 are joined at the ends F1 and S2. The equivalent circuit 100 is represented by the diagram of FIG. 27, where the capacitance is represented at the terminals of the source 97 and the inductor 102 in series with the tube 98.
If the metal strip 93 in figure 26 is the same length as that of the ballast 77 in figure 21, and the band 94 is shorter than the band 93, the inductance 102 in figure 27 is equal to the inductance 82 of figure 22, but the capacity 101 will be smaller than the capacity 81,
FIG. 28 represents an inductive capacitor assembly whose equivalent diagrams 104 & 105 are * represented respectively by FIGS. 29 & 30.
The purpose of this assembly is to obtain a voltage step-up ratio whose value is a function of the frequency of the supply current, as well as of the inductance and the capacitance of the inductive capacitor. In this quadrupole, the source 107 is joined on the one hand, by means of the connection 106, to the end F1 of one of the windings and the other terminal, by means of the connection 109, to the other S2 end of the other winding. The cathodes of the fluorescent tube 110 are joined together, one at the end S1 of one of the windings, and the other at the end F2 of the other winding.
Figure 29 is the exact schematic of the equivalent circuit of the inductive capacitor of Figure 28. It is assumed that the two inductors 111 and 112 have a coupling coefficient equal to unity. The capacitor 113 is joined between their junction points and the other home of the power source. It was not obvious that we can deduce the diagram of the equivalent circuit 105 shown in FIG. 30. But the following calculation makes it possible to connect these different circuits.
We will denote by:
E the applied voltage,
I the current in the circuit of use, I the current in the capacitor, e the electro-motive force induced in one of the windings,
Q the capacity charge,
C the capacitance of the capacitors @
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R the equivalent resistance of the user circuit,
L the inductance of a winding, f the frequency of the alternating current supplied by the network.
Applying Kirchoff's law to the diagram in figure 29 leads to the following inequation:
EMI8.1
- L (2 TT- * H ") and:
E = 2e + R I (2)
By combining equations (1) and (2), we obtain:
EMI8.2
E = 2L i; 2 d t + d t + R 1 (3)
On the other hand :
Q = CV (4) and V- E- e (5)
By carrying (1) in (5), we obtain:
EMI8.3
V E ¯ L I 2 d t + d t And by carrying (6) in (4), we obtain
EMI8.4
-c iE L 2 d I + d i (7) By definition: dQ = i and we will set:
EMI8.5
we will set: d d t = p d d2 tz P2 d t Endpoint (7), it comes:
EMI8.6
i = C pE L 2 p 2 1 + p i y1! (9) (3) can register
E = 2L 2pI + pi + RI (10)
In steady state, which is the case in the example considered, P = jw and w = 2 Ò f.
Equations (9) and (10) can then be written: i - C! j W E + W2 L (2 I + i) (11)
E = 2 LjW (2 I + i) + RI (L2) By eliminating i, it comes:
EMI8.7
El + wzLC = 4 .1WLI + RI (13) 1 W2 'LC 1 - W L C We see that the voltage rise ratio, which is given by
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the coefficient of E is a function of frequency, inductance and capacitance. As shown in the diagram of the equivalent circuit 105 of FIG. 30, the voltage transformation is carried out by the transformer 116, the power factor is corrected by the capacitor 117 and the ballast effect is obtained by the inductor 118.
Figures 31 to 35 show applications of the inductive capacitor in the field of transformers. We can improve their power factor, correct 1 = inrush current on switching on, reduce the disconnected current, and finally, improve the disturbances which can affect telephone or radio installations.
In the case of the transformer represented by FIG. 31, the primary 119 can be constituted in the usual way by a winding of wire or, alternatively, by a wound strip. It is mounted on one of the legs of a low reluctan magnetic circuit and joined to a voltage source by wires 121-122. If desired, the midpoint of the winding can be placed on the ground, as shown at 123, to prevent excessive tension from appearing between the winding and the ground. The secondary winding, which is mounted on the other leg of the magnetic circuit, is constituted by an inductive capacitor whose ends of windings S1 and F2 are joined together, while the ends F1 and R are joined to the use circuit by wires 125 & 126.
FIG. 32 represents, in a schematic form, this transformer; fig.33 is the diagram of its equivalent circuit. The low voltage secondary winding is represented by coil 127 and the inductance of the coil of the inductive capacitor 124 is represented by the magnetic core coil 128. The capacitance of the capacitor is represented at 129, connected to the terminals of the circuit d. 'use. By properly choosing the values of capacitance 129 and inductance 128, it is possible to improve the power factor, reduce the inrush of current at switch-on, reduce magnetizing current and radio interference, and telephone. The capacitor winding can obviously be placed on the primary side.
Figure 34 shows a transformer winding arrangement quite similar to that of Figure 31; sees there an additional capacitor which is not / traversed by the current of the circuit of use and is arranged in the secondary circuit, so as to increase the capacity
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when this is required by conditions for improving the power factor reducing the inrush current, etc. On the central leg of the magnetic circuit 131 are wound several coils of inductive capacitor and in this particular case , the primary is a coil 132 of wire in two sections associated in series, and the midpoint of which is grounded at 133. The alternating current is applied to the primary by the wires 134 & 135.
The secondary of this transformer can be formed by two inductive transformers 136 & 137, forming two sections associated in series. Each of these sections is wound on a part of the primary. Two additional inductive capacitors 138 & 139 are, in the same way, constituted by two windings connected in series and joined together so as to increase the secondary capacity,
Figure 35 shows the circuit diagram of the transformer of Figure 34. It can be seen that the end F3 of the winding 136 is joined at the start 84 of the winding 137. The wires 140 and 141 going to the output terminals are joined to S3 of the winding 136 and to F4 of the winding 137, respectively, connected. Input F5 of coil 138 is joined to S6 of coil 139.
In this way, a doubling of the voltage and an increase in the capacitance introduced into the circuit are obtained.
-ABSTRACT-
New method of constructing capacitors, allowing them to be given a clean, high inductance, characterized in that they are constituted by at least one winding of a metal strip, the turns of which are assembled together, said winding having a high capacitance by relative to another electrode, and being mounted on a magnetic circuit, with a view to increasing the own inductance.
Embodiment in which the capacitor is constituted by several metal strips assembled together by a dielectric, and wound so as to form a coil which is mounted on a magnetic circuit, the inputs and outputs of the windings being joined together so that the inductance is maximum.
An embodiment in which the capacitance of the capacitor is increased by forming the dielectric on the very surface of the electrodes, and by