<Desc/Clms Page number 1>
SYSTEME DE REGULATION A AMPLIFICATION MAGNETIQUE.
La présente invention est relative aux systèmes de régulation et plus particulièrement à ceux qui utilisent un amplificateur magnétique pour contrôler la caractéristique électrique d'une machine dynamoélectrique.
Elle présente une construction simple, peu coûteuse et de fonction- nement stable, réalisant la régulation automatique sans utiliser de parties mobiles.
Le dispositif décrit dans la présente invention, qui sert à la ré- gtllation de la tension débitée par une génératrice à courant alternatif., uti- lise un pont redresseur des deux alternances contenant un amplificateur ma- gnétique pour fournir du courant au circuit d'excitation de la génératrice.
Ce redresseur contrôle l'énergie qu'il reçoit d'une source alternative de courant. L'amplificateur magnétique comprend deux réactances à noyau satura- ble, les enroulements de charge étant connectés respectivement dans deux branches parallèles- du pont redresseur. Les enroulements de contrôle des ré- actanees sont reliées à une source de tension de contrôle dépendant de la tension débitée par la¯ génératrice à courant .alternatif. Lorsque cette ten- sion varie, le courant parcourant les.
enroulements de contrôle des réactan- ces à noyau saturable change, ce qui correspond à une variation du courant d'excitation fourni à la génératrice par le redresseur, cette variation ten- dant à maintenir à la valeur désirée la tension débitée par la génératrice
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avanta- ges de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple non limitatifs et dans lesquels-.
- la fig. 1 représente schématiquement un circuit électrique con- forme à la présente invention, - la fige 2 en représente schématiquement une forme modifiée
<Desc/Clms Page number 2>
A la figure 1, on a représenté en 10 une génératrice à courant alternatif dont la tension débitée doit être maintenue constante à la valeur désirée. Cette génératrice 10 peut être entraînée par tous moyens' convenables, non indiqués. Elle est représentée comme étant une machine monophasée munie de deux bornes de sortie auxquelles sont'reliés les conducteurs 11 & 12.
Un redresseur des deux alternances,désigné dans son ensemble par le numéro 13 de référence, est connecté entre les conducteurs 11 & 12 de ma- nière à dériver une tension signal dépendant de la tension débitée par la génératrice 10. Le pont redresseur 13, qui est du type conventionnel, com- prend une paire de redresseurs 14 & 17 connectés en série dans une direction, et une paire de redresseurs 15 & 16 connectés en série dans la direction in- verse, les points communs respectivement aux appareils 14 & 15 et 16 & 17, constituant les bornes de sortie courant continu du redresseur. Les appareils 14 à 17 inclusivement sont, de préférence, des redresseurs du type sec à oxyde de cuivre ou au sélénium, et sont supposés être tous identiques.
La tension continue débitée par le redresseur 13 est appliquée aux bornes d'une résistance 18. Une capacité 19 connectée en parallèle sur la résistance 18, filtre le courant continu débité par le redresseur 13. Un po- tentiomètre 20 aux bornes duquel est appliquée une tension continue constante, constitue une source réglable de tension servant de tension de référence. Une capacité 21, connectée en shunt sur lui, filtre les impulsions de tension qui sont réfléchies par le système de régulation vers la source de tension con- stante. La chute de tension entre la borne positive de la résistance 20 et une prise glissante 20a constitue la tension de référence.
Les enroulements de contrôle des deux réactances 22 & 23 à noyeu saturable, sont connectés dans le circuit comprenant la résistance 18 et le potentiomètre 20, de telle manière que la différence des tensions*existant aux bornes de la résistance 18 et de la partie active du potentiomètre 20, provoque la circulation d'un courant dans ces enroulements de contrôle. Cette différence de tension est la tension de contrôle dépendant de la tension débitée par la génératrice 10, uti- lisée par l'amplificateur magnétique pour la régulation de la tension de la génératrice.
Un pont redresseur 24, dont deux branches comprennent les enroule-. ments de charge des réactances saturables 22 & 23, est utilisé pour fournir la tension d'excitation à la génératrice 10. Ce redresseur 24 est relié aux conducteurs 11 & 12 par les conducteurs respectifs 34 & 35 qui l'alimentent en courant alternatif. Il peut, cependant, si on le désire, être connecté à toute autre source alternative convenable.
Il est composé de quatre appareils redresseurs 25, 26, 27 & 28 connectés de manière à former un pont, l' enroulement de charge de la réactan- ce 22 à noyau saturable étant connecté en série avec le redresseur 25 et l'enroulement de charge de la réactance 23 étant connecté en série avec le redresseur 28. Les appareils 25 à 28 inclusivement sont de préférence des redresseurs au sélénium et sont supposés être tous identiques. Les bornes de sortie 29 & 30 de ce redresseur 24 sont reliées aux extrémités de la bobine de champ 31 qui constitue le circuit d'excitation de la génératrice 10.
Bien qu'on ait représenté l'amplificateur magnétique comme pos- sédant deux noyaux magnétiques séparés, il est également possible d'utili- ser un noyau unique sur lequel sont bobinés un seul enroulement de satura- tion et deux enroulements de charge. Cela ne change pas le principe de fonc- tionnement de l'amplificateur magnétique, puisque les enroulements de con- trôle ou de saturation des réactances 22 & 23 de la fig. l, sont connectés en série. De plus, le ou les noyaux magnétiques ne doivent pas être néces- sairement rectangulaires, comme représenté schématiquement à la fig.l, mais peuvent être torroïdaux ou'posséder toute autre forme convenable.
Pour comprendre le fonctionnement du système de régulation, on supposera d'abord que la génératrice 10 débite une tension constante. Dans ces conditions, le courant redressé par- le redresseur 13 est suffisant pour créer une tension signal qui maintienne à une valeur constante, correspon-
<Desc/Clms Page number 3>
dant à la tension de la génératrice, le courant traversant le circuit d'ex- citation 31. La chute de tension aux bornes de la résistance 18 est légère- ment inférieure à celle existant dans la partie active du potentiomètre 20 qui est connecté en parallèle sur la résistance 18. Il en résulte un courant circulant de la borne positive du potentiomètre 20, à travers les enroule- ments de contrôle des réactances 23 & 22 à noyau saturable et la résistance 18, vers la prise glissante 20a du potentiomètre 20.
Ce courant traversant les enroulements de contrôle des réactances 22 & 23 sature partiellement les noyaux de ces derniers. Cette saturation réduit suffisamment l'impédance des réactances pour permettre le passage d'un courant suffisant à travers le re- dresseur 24 pour maintenir le courant traversant le circuit d'excitation 31 à la valeur correspondant à la tension que l'on désire voir débiter par la génératrice.
Du courant circule dans l'enroulement de charge de la réactance 22 et dans l'appareil 25 durant la moitié de chaque période de la tension alter- native appliquée au redresseur 24, et dans l'appareil 28 et l'enroulement de charge de la réactance 23 durant l'autre moitié de chaque période.
Si l'on suppose que le potentiel du conducteur 12 est positif durant la première demi- période, du courant parcourera le circuit constitué par.le conducteur 35, l'enroulement de charge de la réactance 22, le redresseur 25, le conducteur 32, la bobine 31, le conducteur 33, le redresseur 27 et le conducteur 34, lequel ramène le-courant vers le conducteur 11. Lorsque, durant la seconde demi-période, c'est le potentiel du conducteur 11 qui devient positif, du courant parcourera le circuit constitué par le conducteur 34, le redresseur 26, le conducteur 32, la bobine 31, le conducteur 33, le redresseur 28, l'en- roulement de charge de la réactance 23 et le conducteur 35, lequel ramène le courant vers le conducteur 12.
Par conséquent un courant continu pulsatoire traverse continuellement la bobine d'excitation 31 dont l'amplitude est dé- terminée par le degré de présaturation magnétique du noyau des réactanèes 22 & 23, lequel, à son tour, dépend de la valeur du courant traversant les en- roulements de contrôle de ces' réactances.
Avec le pont redresseur 24, tel qu'utilisé à la fig. 1, des ten- sions harmoniques de fréquences supérieures à la fréquence fondamentale du courant alternatif,, peuvent être présentes. De telles tensions.harmoniques sont dues à l'interaction des flux pulsés dans les noyaux des deux réactan- ces saturables, à travers les enroulements de contrôle interconnectés. Aus- si, une résistance non linéaire 36 est connectée en parallèle sur la 'bobine 31, cette résistance étant constituée en une substance sensiblement isolante à des tensions normales mais devenant relativement bonne conductrice du cou- rant à des tensions légèrement plus élevées que la tension normale. A cause de cette propriété, l'appareil 36 élimine les impulsions haute tension ré- sultant des composantes harmoniques de tension produites par le redresseur 24.
Les tensions débitées par le redresseur 24 sont pulsées et s'an- nulent deux fois durant chaque cycle. Comme la bobine d'excitation 31 est in- ductive, cette inductivité étant encore accrue par la présence d'un noyau magnétisable (non représenté) à l'intérieur de la bobine 31, il apparaît une tension négative aux bornes de cette bobine durant la partie du cycle de la tension débitée par le redresseur, correspondant à une valeur nulle ou pres- que nulle de 'cette dernière. Cette tension négative tend à faire circuler un courant dans le circuit composé des redresseurs 27 & 26 ou dans celui, en pa- rallèle sur le premier, constitué du redresseur 28, de la réactance 23, de la réactance 22 et du redresseur 25.
Mais les appareils 27 & 26, 28 & 25 offrent une résistance au passage du courant qui est élevée par rapport à l'impédance des enroulements dé charge des réactances 23 & 22, cette résis- tance étant environ égale à 0,6 volts par plaque lorsqu'on utilise des re- dresseurs au sélénium. Par suite de cette différence entre les valeurs des impédances, une assez forte partie du courant inductif en retour de la bobi- ne 31 a tendance à emprunter le chemin comprenant les enroulements de charge des deux réactances, ce qui donne au. redresseur 24 une certaine instabilité de fonctionnement. Pour éviter cet -inconvénient,un redresseur supplémentai- re 37 est connecté entre les bornes 30 & 29, dont la résistance offerte au
<Desc/Clms Page number 4>
passage du courant vaut sensiblement la moitié de celle offerte par les re- dresseurs 25 à 28 inclusivement.
Ce redresseur 37 support la majeure partie du courant inductif en retour de la bobine 31, assurant ainsi la stabilité de fonctionnement de l'amplificateur magnétique.
Lorsque la tension débitée par la génératrice 10 tombe en-dessous de la valeur désirée,le système de régulation conforme à la présente inven- tion fonctionne immédiatement pour ramener cette tension à sa valeur anté- rieure. Une telle diminution de la tension débitée fait diminuer la tension entre les conducteurs 11 & 12 et réduit la tension-appliquée au redresseur 13.La tension débitée par ce redresseur est donc diminuée, ce qui donne lieu à une réduction de la chute de tension aux bornes de la résistance 18. Ceci accroît la différence entre la tension signal aux bornes de la résistance 18 et la tension de référence aux bornes du potentiomètre 20, ce qui augmente le courant traversant les enroulements de contrôle des réactances 22 & 23.
La saturation des noyaux des réactances est ainsi augmentée, ce qui permet un accroissement du courant traversant les enroulements de charge des réactances.
Par conséquent, le courant débité par le redresseur 24 grandit, donnant lieu ainsi à une augmentation du courant traversant la bobine d'excitation 31 de la génératrice 10 dont la tension débitée est ainsi ramenée automatiquement à la valeur désirée.
Les réactances 22 & 23 à noyau saturable sont évidemment, en par- tie, auto-saturantes, les enroulements de contrôle produisant dans chacune d'elles une composante de flux qui sature partiellement le noyau de la réac- tance et commande ainsi la partie de chaque période durant laquelle il y a saturation complète, le flux de saturation étant équilibré par l'enroule- ment de charge. Pour mieux comprendre ce phénomène, on supposera qu'aucun flux ne traverse le noyau de la réactance au moment où la tension fournie par la source alternative s'annule après avoir été négative. Lorsque cette tension croit et devient positive, le courant traversant l'un des enroule- ments de charge, celui de la réactance 22 par exemple, produit un flux dans le noyau de la réactance.
Ce flux croit lorsque la tension augmente de ma- nière similaire à ce qui se passe dans un transformateur ou tout autre ap- pareil identique, Pendant que ce flux croit,.avant que le point de satura- tion du noyau ne soit atteint, presque toute la chute de tension entre les conducteurs 11 & 12 apparat! aux bornes de l'enroulement de charge de la ré- actance 22. Mais, lorsque la saturation est atteinte, le courant fourni au circuit de charge est seulement limité par l'inductance qu'aurait l'enroule- ment sans fer et l'impédance du circuit sur lequel débite le redresseur. Le noyau étant saturé, il n'y a plus aucune variation de flux et, par consé- quent, la présence du noyau n'affecte plus la réactance de l'enroulement de charge.
La présence du noyau durant une telle demi-période du flux dû à l'enroulement de contrôle, sert simplement à fournir une magnétisation ini- tiale pour le flux dû à l' enroulement de charge, de manière à contrôler l'in- stant de la demi-période auquel se produit la saturation. Lorsque la tension retourne à. zéro, le redresseur placé en série avec l'enroulement de charge, cesse de conduire et durant la demi-période suivante, le flux redevient nul.
Durant cette demi-période suivante, le même processus se reproduit pour l'au tre réactance, de sorte que du courant circule dans un enroulement de charge ou dans l'autre durant une partie de chaque demi-période. Les noyaux des ré- actances 22 & 23 sont constitués en une substance magnétique possédant une courbe de magnétisation à coude brusque de telle manière que le courant de charge s'élève d'une valeur faible à une valeur maximum en un temps approxi- matif de 5 degrés électriques de la période de tension alternative, lorsque le point de saturation est atteint. Pour la partie restante de chaque demi- période après saturation, le courant de charge décrit approximativement une sinusoïde.
Par conséquent, l'amplificateur magnétique composé des réactances 22 & 23 possède des caractéristiques de courant très similaires à celles d'un appareil à décharge électronique du type tbyratron, ce qui produit un courant continu pulsatoire dans la bobine 31, à la sortie du redresseur 24.
<Desc/Clms Page number 5>
Lorsque la tension débitée par la génératrice 10 dépasse la va- leur désirée,le système de régulation fonctionne d'une manière inverse de celle qui vient d'être décrite, pour réduire l'excitation de la génératrice etramener la tension débitée à sa valeur antérieure. Dans ce cas, le re- dresseur 13 provoque un accroissement de la chute de tension aux bornes de la résistance 18, ce qui diminue la tension de contrôle, cette dernière étant la différence entre la tension signal existant aux bornes de la résistance 18 et la tension de référence aux bornes'de la partie active du potentiomè- tre 20.
Cette réduction de la tension de contrôle provoque une diminution du courant parcourant les enroulements de contrôle des réactances 22 & 23, ce qui augmente l'impédance de ces réactances et diminue le courant fourni par le redresseur 24 au circuit d'excitation 31. La valeur à laquelle le système de régulation maintient la tension fournie par la génératrice est réglable dans un sens ou dans l'autre par déplacement de la prise mobile 20a sur le potentiomètre 20, ce qui fait varier, la tension de référence à partir de laquelle la tension de contrôle est dérivée.
Un circuit a été construit selon les principes de la présente in- vention, pour régler la tension d'une génératrice monophasée, 110 volts., 8kW, 60 cycles; la Société demanderesse a trouvé qu'il était possible de -régler la tension débitée à 1 % de 110 volts. On note encore que cette régula- tion est effectuée en n'utilisant aucun élément mobile.
Une modification du schéma de la figure 1 est représenté à la fi- gure 2 où l'invention est appliquée à la régulation d'un moteur à courant continu à excitation indépendante. Le moteur représenté en 38, entraîne-une génératrice 39 à courant alternatif qui peut être une petite dynamo tachy- métrique dans le cas d'un système de régulation de la vitesse,ou une géné- ratrice plusimportante fournissant de la puissance à un circuit de charge (non représenté). Dans ce dernier cas, le système de régulation de la vitesse sert également au contrôle de la fréquence puisque la fréquence de la géné- ratrice varie proportionnellement à la vitesse du moteur. Les éléments simi- laires des fig. 1 & 2 portent les mêmes numéros de référence.
Le redresseur 13 est alimenté par le courant alternatif pris aux conducteurs de sortie de la génératrice 39, à travers un transformateur 40 sensible aux variations de fréquence. La tension secondaire du transformateur croit lorsque la fréquence augmente et'décroît lorsque la fréquence diminue; par conséquent, la tension signal de sortie du redresseur 13 croît lorsque la fréquence de la génératrice 39 augmente et décroît lorsque la fréquence de la génératrice diminue.
La tension continue fournie ¯ par le redresseur 13 @ apparaît aux bornes de là résistance 18 connectée par rapport au potentiomè- tre 20, de la même manière que dans la figol. La différence des tensions exis- tant aux bornes de la résistance 18 et du potentiomètre 20 fait circuler un courant dans les enroulements de contrôle des réactances 22 & 23, lesquelles contrôlent la tension débitée par le redresseur 24 de la même manière qu'à la fig. 1. La tension continue débitée par le redresseur 24 est utilisée, dans ce cas, pour faire varier la chute de tension aux bornes de la résis- tance 41, laquelle est connectée en série avec la bobine d'excitation 42 du moteur 38.
Si la vitesse du moteur 38 diminue la fréquence de la génératrice 39 décroît, ce qui provoque une diminution de la tension secondaire du trans- formateur 40. La tension fournie par le redresseur 13 aux bornes de la résis- tance 18 diminue donc,, donnant lieu à une augmentation de la tension de con- trôle, laquelle est la différence entre les chutes de tension aux bornes de la résistance 18 et du potentiomètre 20. Le courant parcourant les enroule- ments de contrôle des réactances 22 & 23 croît donc, ce'qui augmente la ten- sion débitée par le redresseur 24 ainsi que la chute de tension-aux bornes de la résistance 41.
De ce fait, la chute de tension aux bornes de la bobine d'excitation 42 diminue, puisque la résistance 41 et la bobine 42 sont connec- tées en série aux bornes d'une source de tension constante, et le courant par- courant la bobine 42 décroît. Il en résulte une diminution de l'excitation du moteur 32, ce qui fait croître la vitesse de ce moteur jusqu'à ce que l'équi- libre soit rétabli. Dans le cas où la vitesse du moteur 38 dépasse la valeur
<Desc/Clms Page number 6>
désirée, le Externe de régulation fonctionne d'une manière inverse à celle qui vient d'être décrite pour faire croître l'excitation du moteur jusqu'à ce que la vitesse soit ramenée à la valeur désirée.
Bien que l'on ait représenté une forme de réalisation de l'inven- tion et une modification de cette forme, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à ces formes particulières données à titre d'exemples et sans aucun caractère restrictif et que, par conséquent, toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus rentreraient comme elles dans le cadre de 1-'invention.
<Desc / Clms Page number 1>
MAGNETIC AMPLIFICATION REGULATION SYSTEM.
The present invention relates to regulation systems and more particularly to those which use a magnetic amplifier to control the electrical characteristic of a dynamoelectric machine.
It has a simple construction, inexpensive and stable in operation, realizing automatic regulation without using moving parts.
The device described in the present invention, which is used for regulating the voltage supplied by an alternating current generator, uses a two-half wave rectifier bridge containing a magnetic amplifier to supply current to the circuit. excitation of the generator.
This rectifier controls the energy it receives from an alternating current source. The magnetic amplifier comprises two saturable core reactors, the load windings being respectively connected in two parallel branches of the rectifier bridge. The control windings of the reactanes are connected to a control voltage source dependent on the voltage supplied by the AC generator. When this voltage varies, the current flowing through them.
saturable core reactance control windings changes, which corresponds to a variation in the excitation current supplied to the generator by the rectifier, this variation tending to maintain the voltage supplied by the generator at the desired value
The new features and the advantages of the invention will be better understood by referring to the following description and to the accompanying drawings, given simply by way of non-limiting example and in which.
- fig. 1 schematically shows an electrical circuit in accordance with the present invention, - fig 2 schematically shows a modified form
<Desc / Clms Page number 2>
In Figure 1, 10 shows an alternating current generator whose voltage output must be kept constant at the desired value. This generator 10 can be driven by any suitable means, not indicated. It is represented as being a single-phase machine provided with two output terminals to which the conductors 11 & 12 are connected.
A two-wave rectifier, designated as a whole by the reference number 13, is connected between the conductors 11 & 12 so as to derive a signal voltage depending on the voltage supplied by the generator 10. The rectifier bridge 13, which is of the conventional type, comprises a pair of rectifiers 14 & 17 connected in series in one direction, and a pair of rectifiers 15 & 16 connected in series in the reverse direction, the points common respectively to devices 14 & 15 and 16 & 17, constituting the direct current output terminals of the rectifier. Apparatus 14 through 17 inclusive are preferably copper oxide or selenium dry type rectifiers, and are assumed to be all identical.
The direct current voltage supplied by the rectifier 13 is applied to the terminals of a resistor 18. A capacitor 19 connected in parallel to the resistor 18 filters the direct current supplied by the rectifier 13. A potentiometer 20 across which a voltage is applied. constant direct voltage, constitutes an adjustable voltage source serving as a reference voltage. A capacitor 21, connected as a shunt on it, filters the voltage pulses which are reflected by the regulation system towards the constant voltage source. The voltage drop between the positive terminal of resistor 20 and a sliding tap 20a constitutes the reference voltage.
The control windings of the two reactors 22 & 23 with saturable core, are connected in the circuit comprising the resistor 18 and the potentiometer 20, in such a way that the difference in the voltages * existing at the terminals of the resistor 18 and the active part of the potentiometer 20, causes a current to flow in these control windings. This voltage difference is the control voltage dependent on the voltage supplied by the generator 10, used by the magnetic amplifier for regulating the voltage of the generator.
A rectifier bridge 24, two branches of which include the windings. load elements of the saturable reactors 22 & 23, is used to supply the excitation voltage to the generator 10. This rectifier 24 is connected to the conductors 11 & 12 by the respective conductors 34 & 35 which supply it with alternating current. It can, however, if desired, be connected to any other suitable alternative source.
It is composed of four rectifier devices 25, 26, 27 & 28 connected to form a bridge, the load winding of the saturable core reactor 22 being connected in series with the rectifier 25 and the load winding. with reactance 23 being connected in series with rectifier 28. Apparatus 25 through 28 inclusive are preferably selenium rectifiers and are assumed to be all identical. The output terminals 29 & 30 of this rectifier 24 are connected to the ends of the field coil 31 which constitutes the excitation circuit of the generator 10.
Although the magnetic amplifier has been shown as having two separate magnetic cores, it is also possible to use a single core on which a single saturation winding and two load windings are wound. This does not change the principle of operation of the magnetic amplifier, since the control or saturation windings of reactors 22 & 23 of FIG. l, are connected in series. In addition, the magnetic core (s) need not be necessarily rectangular, as shown schematically in Fig. 1, but may be torroidal or have any other suitable shape.
To understand the operation of the regulation system, it will first be assumed that the generator 10 delivers a constant voltage. Under these conditions, the current rectified by the rectifier 13 is sufficient to create a signal voltage which maintains a constant value, corresponding to
<Desc / Clms Page number 3>
Given the voltage of the generator, the current flowing through the excitation circuit 31. The voltage drop across resistor 18 is slightly less than that existing in the active part of potentiometer 20 which is connected in parallel. on resistor 18. This results in a current flowing from the positive terminal of potentiometer 20, through the control windings of saturable core reactors 23 & 22 and resistor 18, to sliding tap 20a of potentiometer 20.
This current passing through the control windings of the reactors 22 & 23 partially saturates the cores of the latter. This saturation sufficiently reduces the impedance of the reactors to allow the passage of a sufficient current through the rectifier 24 to maintain the current passing through the excitation circuit 31 at the value corresponding to the voltage that it is desired to see output. by the generator.
Current flows through the load winding of reactance 22 and through apparatus 25 during half of each period of the alternating voltage applied to rectifier 24, and through apparatus 28 and the load winding of rectifier 24. reactance 23 during the other half of each period.
If it is assumed that the potential of the conductor 12 is positive during the first half-period, current will flow through the circuit constituted by the conductor 35, the load winding of the reactance 22, the rectifier 25, the conductor 32, coil 31, conductor 33, rectifier 27 and conductor 34, which returns the current to conductor 11. When, during the second half-period, it is the potential of conductor 11 which becomes positive, current will flow through the circuit formed by the conductor 34, the rectifier 26, the conductor 32, the coil 31, the conductor 33, the rectifier 28, the load coil of the reactance 23 and the conductor 35, which returns the current to the driver 12.
Consequently, a pulsating direct current continuously flows through the excitation coil 31, the amplitude of which is determined by the degree of magnetic presaturation of the nucleus of the reactanes 22 & 23, which, in turn, depends on the value of the current passing through the control windings of these reactances.
With the rectifier bridge 24, as used in FIG. 1, harmonic voltages of frequencies higher than the fundamental frequency of the alternating current, may be present. Such harmonic voltages are due to the interaction of pulsed fluxes in the cores of the two saturable reactances, through the interconnected control windings. Also, a nonlinear resistor 36 is connected in parallel across coil 31, this resistor being made of a substantially insulating substance at normal voltages but becoming a relatively good conductor of current at voltages slightly higher than the voltage. normal. Because of this property, apparatus 36 eliminates high voltage pulses resulting from voltage harmonic components produced by rectifier 24.
The voltages supplied by the rectifier 24 are pulsed and cancel themselves twice during each cycle. As the excitation coil 31 is inductive, this inductivity being further increased by the presence of a magnetizable core (not shown) inside the coil 31, a negative voltage appears at the terminals of this coil during the part of the cycle of the voltage delivered by the rectifier, corresponding to a zero or almost zero value of the latter. This negative voltage tends to cause a current to circulate in the circuit composed of rectifiers 27 & 26 or in that, in parallel with the first, made up of rectifier 28, reactance 23, reactance 22 and rectifier 25.
But the devices 27 & 26, 28 & 25 offer a resistance to the passage of the current which is high compared to the impedance of the load windings of the reactors 23 & 22, this resistance being approximately equal to 0.6 volts per plate. when using selenium rectifiers. As a result of this difference between the values of the impedances, a fairly large part of the inductive current returning from the coil 31 tends to take the path comprising the load windings of the two reactors, which gives. rectifier 24 a certain operating instability. To avoid this drawback, an additional rectifier 37 is connected between terminals 30 & 29, whose resistance offered to the
<Desc / Clms Page number 4>
current flow is substantially half that offered by rectifiers 25 to 28 inclusive.
This rectifier 37 supports the major part of the inductive current returning from the coil 31, thus ensuring the operational stability of the magnetic amplifier.
When the voltage supplied by the generator 10 falls below the desired value, the regulation system according to the present invention operates immediately to return this voltage to its previous value. Such a decrease in the voltage supplied decreases the voltage between the conductors 11 & 12 and reduces the voltage applied to the rectifier 13. The voltage supplied by this rectifier is therefore reduced, which gives rise to a reduction in the voltage drop at terminals of resistor 18. This increases the difference between the signal voltage across resistor 18 and the reference voltage across potentiometer 20, which increases the current through the control windings of reactors 22 & 23.
The saturation of the cores of the reactors is thus increased, which allows an increase in the current flowing through the load windings of the reactors.
Consequently, the current delivered by the rectifier 24 increases, thus giving rise to an increase in the current passing through the excitation coil 31 of the generator 10, the voltage of which is thus delivered automatically to the desired value.
The saturable cored reactors 22 & 23 are obviously, in part, self-saturating, the control windings producing in each of them a flux component which partially saturates the nucleus of the reaction and thus controls the part of the reactor. each period during which there is complete saturation, the saturation flux being balanced by the load winding. To better understand this phenomenon, it will be assumed that no flux crosses the core of the reactance when the voltage supplied by the alternating source is canceled out after having been negative. When this voltage increases and becomes positive, the current flowing through one of the load windings, that of reactance 22 for example, produces a flux in the core of the reactance.
This flux grows when the voltage increases in a manner similar to what happens in a transformer or the like, While this flux grows, before the saturation point of the core is reached, almost all the voltage drop between conductors 11 & 12 appears! at the terminals of the load winding of the reactance 22. But, when saturation is reached, the current supplied to the load circuit is only limited by the inductance that the ironless winding would have and the impedance of the circuit on which the rectifier delivers. As the core is saturated, there is no longer any variation in flux and therefore the presence of the core no longer affects the reactance of the load winding.
The presence of the core during such a half-period of the flux due to the control winding, serves simply to provide an initial magnetization for the flux due to the charge winding, so as to control the instant of. the half-period at which saturation occurs. When the voltage returns to. zero, the rectifier placed in series with the load winding, ceases to conduct and during the following half-period, the flux becomes zero again.
During this next half-period, the same process is repeated for the other reactance, so that current flows in one load winding or in the other during part of each half-period. The cores of the reactors 22 & 23 are made of a magnetic substance having a sharp-angled magnetization curve such that the charge current rises from a low value to a maximum value in a time of approx. 5 electrical degrees of the alternating voltage period, when the saturation point is reached. For the remaining part of each half-period after saturation, the charging current approximately describes a sinusoid.
Therefore, the magnetic amplifier composed of reactors 22 & 23 has current characteristics very similar to those of an electronic discharge device of the tbyratron type, which produces a pulsating direct current in the coil 31, at the output of the rectifier. 24.
<Desc / Clms Page number 5>
When the voltage supplied by the generator 10 exceeds the desired value, the regulation system operates in an inverse manner to that just described, to reduce the excitation of the generator and return the voltage supplied to its previous value. . In this case, the rectifier 13 causes an increase in the voltage drop across the resistor 18, which decreases the control voltage, the latter being the difference between the signal voltage existing across the resistor 18 and the voltage. reference voltage at the terminals of the active part of potentiometer 20.
This reduction in the control voltage causes a decrease in the current flowing through the control windings of the reactors 22 & 23, which increases the impedance of these reactances and decreases the current supplied by the rectifier 24 to the excitation circuit 31. The value to which the regulation system maintains the voltage supplied by the generator is adjustable in one direction or the other by displacement of the movable socket 20a on the potentiometer 20, which varies, the reference voltage from which the voltage control is derived.
A circuit has been constructed according to the principles of the present invention to regulate the voltage of a single phase generator, 110 volts., 8kW, 60 cycles; the Applicant Company has found that it is possible to -regulate the voltage supplied to 1% of 110 volts. It should also be noted that this regulation is carried out by not using any mobile element.
A modification of the diagram of Figure 1 is shown in Figure 2 where the invention is applied to the regulation of an independently excited DC motor. The motor shown at 38 drives an alternating current generator 39 which may be a small tachymeter in the case of a speed control system, or a larger generator supplying power to a speed control system. load (not shown). In the latter case, the speed regulation system is also used for frequency control since the frequency of the generator varies in proportion to the speed of the motor. The similar elements of FIGS. 1 & 2 have the same reference numbers.
The rectifier 13 is supplied by the alternating current taken from the output conductors of the generator 39, through a transformer 40 sensitive to frequency variations. The secondary voltage of the transformer increases when the frequency increases and decreases when the frequency decreases; therefore, the output signal voltage of the rectifier 13 increases as the frequency of the generator 39 increases and decreases as the frequency of the generator decreases.
The direct voltage supplied ¯ by the rectifier 13 @ appears across the resistor 18 connected with respect to the potentiometer 20, in the same way as in figol. The difference in the voltages existing at the terminals of resistor 18 and of potentiometer 20 causes a current to flow in the control windings of reactors 22 & 23, which control the voltage supplied by rectifier 24 in the same way as in fig. . 1. The DC voltage supplied by the rectifier 24 is used, in this case, to vary the voltage drop across the resistor 41, which is connected in series with the excitation coil 42 of the motor 38.
If the speed of the motor 38 decreases the frequency of the generator 39 decreases, which causes a decrease in the secondary voltage of the transformer 40. The voltage supplied by the rectifier 13 across the resistor 18 therefore decreases, giving this results in an increase in the control voltage, which is the difference between the voltage drops across resistor 18 and potentiometer 20. The current flowing through the control windings of reactors 22 & 23 therefore increases. 'which increases the voltage supplied by rectifier 24 as well as the voltage drop across resistor 41.
As a result, the voltage drop across the excitation coil 42 decreases, since resistor 41 and coil 42 are connected in series across a constant voltage source, and current flowing through it. coil 42 decreases. This results in a decrease in the excitation of the motor 32, which increases the speed of this motor until equilibrium is restored. In case the motor speed 38 exceeds the value
<Desc / Clms Page number 6>
desired, the external regulation operates in an inverse manner to that which has just been described to increase the excitation of the motor until the speed is brought back to the desired value.
Although an embodiment of the invention and a modification of this form have been shown, it is obvious that we do not wish to limit ourselves to these particular forms given by way of example and without any restrictive character. and that, consequently, all the variants having the same principle and the same object as the arrangements indicated above would come within the scope of 1-'invention.