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PERFECTIONNEMENTS RELATIFS A DES SYSTEMES D'ALIMENTATION EN COURANT TRIQUE CONTINU.
La présente invention est relative à des systèmes d'alimentation en courant électrique- continu dans lesquels une batterie est montée en tampon entre les bornes de sortie du système en vue d'alimenter la charge en cas de nécessité urgente.
Un usage pour des systèmes de ce genre est d'alimenter des bureaux téléphoniques dans lesquels il peut y avoir de très importantes fluctuations de la charge au cours de la période de 24 heures. En dépit de ces-fluctuations de la charge, il est important de maintenir la tension de sortie du système sensiblement constante, à la fois du point de vue du fonctionnement du bureau et en vue de maintenir le courant s'écoulant de où vers la batterie, à une va- leur faible. Même si la charge n'a pas besoin d'une tension sensiblement cons- tante;, cette seconde considération est importante pour la conservation de la vie de la batterie en résuisant à un minimum le travail qui lui est demandé.
De tels systèmes peuvent alimenter la charge soit en courant rec- tifié à partir d'une source secteur de courant alternatif, soit en variante à partir d'un générateur de courant continu, mais dans l'un et l'autre cas le système est en lui-même susceptible de variations dans la tension avec la fluc- tuation de la charge. Dans les installations présentes utilisant un générateur de courant continu, la pratique habituelle est de commander le générateur par un relais électromagnétique auquel la tension du générateur est appliquée.
De tels relais sont toutefois habituellement sensibles seulement aux variations de tension d'environ 1 pour cent au-dessus ou en-dessous de la tension ordinai- re et sont habituellement agencés pour augmenter la tension de sortie du géné- rateur lorsque la charge augmente et que la tension tombe. Toutefois, en rai- son du fait que le relais de tension n'est pas trsè sensible, des courants de décharge et de charge venant de ou allant à la batterie de grandeurs considé- rables sont a@enés à se présenter.
Par exemple;, dans le cas d'une batterie de 2000 ampères heures alimentant un bureau nécessitant 400 ampères;, il peut y avoir un courant allant à ou venant de la batterie, de 250 ampères, qui tombe rapidement à environ 40 ampères. @
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L'objet de la présente invention est de procurer un système d'ali- mentation qui est très sensible aux variations de la charge et qui n'a pas be- soin d'un relais à contacts et évite tout changement brusque dans les conditions de réglage.
Suivant l'invention,par conséquent, le courant s'écoulant vers ou de la batterie est employé pour augmenter ou diminuer, suivant le sens de ce courant, l'aimantation des noyaux d'une paire de bobines d'arrêt ou de choc,dont les enroulements à courant alternatif sont agencés de telle sorte que pendant chaque demi-cycle de courant alternatif qui les traverse en série, l'aimantation de l'une des bobines est augmentée tandis que celle de l'autre est diminuée, le courant de batterie servant ainsi, par la variation de l'in- ductance des enroulements à courant alternatif, à commander la valeur du cou- rant alternatif.
Une composante redressée de ce courant alternatif est alors employée soit directement soit indirectement pour régler la tension de sortie du système en sorte de maintenir le courant de batterie à une valeur faible si la batterie est à un état de charge normal.
Si la charge est alimentée par le système en courant redressé pro- venant d'une source secteur de courant alternatif, le courant alternatif s'é- coulant dans les enroulements à courant alternatif peut lui-même alimenter di- rectement un redresseur fournissant au moins une partie de la tension de sortie en courant continu du système et ainsi servir directement à contrôler cette tension de sortie. Par contre, toutefois, si le système alimente la charge par un générateur de courant continu, la composante redressée du courant alter- natif est alors employée pour commander l'excitation de champ du générateur, soit directement soit en commandant une machine excitatrice séparée fournis- sant le champ principal du générateur.
Si la composante redressée du courant alternatif doit commander directement le champ du générateur, elle peut soit être fournie à l'enroulement de champ principal du générateur ou, en variante, à un enroulement'de champ auxiliaire agissant en conjonction avec l'enroulement de champ principal.
On comprendra que dans le cas d'un système d'alimentation utilisant un générateur de courant continu, la commande est réalisée à en deux étages, le premier étage consistant dans la commande de l'excitation de champ au moyen de la composante redressée de courant alternatif, et le second étage consistant en la commande du courant de sortie du générateur au moyen de l'excitation de champ. Une forme similaire de commande en deux étages peut être employée lors- que la charge est alimentée en courant redressée venant d'une source secteur de courant alternatif.
Dans ce dernier cas,la composante redressée de courant alternatif s'écoulant dans les enroulements de courant altern tif des bobines d'arrêt., est utilisée pour régler l'aimantation des noyaux d'ur autre paire de bobines d'arrêt montées en série,de manière à commander l'inductance de leurs enroulements à courant alternatif, qui ont le même rapport l'une avec l'autre que celles de la première paire de bobines. L'inductance de ces enrou- lements, à son tour,sert à commander la valeur d'un courant s'écoulant à tra- vers les enroulements, venant'd'une source secteur de courant alternatif et une composante redressée de ce dernier courant est utilisée pour fournir au moins une partie de la tension de sortie de courant continu du système.
Dans une forme simple de système, cette composante redressée peut fournir le courant de sortie total du système, mais, en vue d'éviter la néces- sité de contrôler la valeur d'un courant relativement important, la composan- te redressée peut être utilisée simplement pour la tension de la composante redressée d'un autre courant alternatif et alimentant dans une grande mesure la charge. Ainsi le système de commande à deux étages est utilisé à nouveau, le premier étage consistant en la commande de l'inductance des enroulements à courant alternatif de l'autre paire de bobines d'arrêt., et le second étage consistant en la commande du courant s'écoulant à travers ces bobines suivant les changements de l'inductance.
Qu'il y ait deux étages de commande ou seulement un étage, l'aiman- tation des noyaux des bobines d'arrêt employés dans le premier étage est éle- vée jusqu'à une valeur prédéterminée au moyen d'enroulements de polarisation à saturation alimentés en courant continu sen siblement constant. La valeur
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de ce courant est choisie de telle sorte que l'aimantation des noyaux est éle- vée à un niveau légèrement inférieur à celui qui correspond au coude, de la courbe de saturation.
Le résultat de ceci est que pendant un demi cycle du courant altern atif s'écoulant à travers les bobines d'arrêt, l'aimantation de l'un des noyaux est augmentée jusqu'à la valeur de saturation ce qui, en tenant compte d niveau existant de l'aimantation, représente seulement une petite augmentation, avec une diminution consécutive de l'inductance. Toutefois, en raison de la relation entre les deux jeux d'enroulements à courant alternatif, l'aimantation de l'autre noyau est diminuée d'une quantité beaucoup plus gran- de, tandis que son inductance n' est pas changée de manière appréciable.
Ain- si on comprendra que l'inductance totale des deux bobines montées en série sera contrôlés par le niveau d'aimantation produit par l'enroulement de polarisation à saturation, puisque plus ce niveau approche du coude de la courbe de satura- tion, moindre devient l'inductance totale des deux bobines.
En plus des enroulements de polarisation à saturation chacune des bobines d'arrêt est pourvue d'un enroulement de commande alimenté par le cou- rant s'écoulant vers ou à partir de la batterie. Ainsi, suivant le sens d'é- coulement du courant de la batterie,ces enroulements de contrôle servent à élever ou à abaisser le niveau d'aimantation établi par les enroulements de polarisation à saturation et ainsi à abaisser ou à élever l'inductance des bo- bines.
Si la tension de sortie du système s'élève au delà de la tension de la batterie,un courant de charge commence à s'écouler dans la batterie et ce courant est ainsi chargé de réaliser une commande ou contrôle en sorte de ten- dre à réduire la tension de sortie du système. ,Ainsi, en général., un courant de charge vers la batterie s'opposera à l'effet du courant dans les enroulements de polarisation à saturation en sorte de réduire l'aimantation des noyaux et d'augmenter l'inductance des bobines d'arrêt. Celle-ci à son tour sert à ré- duire la valeur du courant alternatif s'écoulant à travers les bobines d'arrêt et par suite à réduire sa composante .redressée et ainsi la tension de sortie du système.
De la même manière., un courant de décharge venant de la batterie, résultant d'une chute dans la tension de sortie du système, .sert à réduire l'in- ductance des bobines d'arrêt et ainsi à augmenter le courant alternatif s'écou- lant à travers elles pour élever la tension de sortie du système.
Par contre, toutefois, la commande peut être agencée en sorte qu'une augmentation du courant alternatif s'écoulant à travers les bobines d'arrêt tend à réduire la tension de sortie du système, par exemple en alimentant un champ auxiliaire monté en opposition au champ principal d'un générateur de cou- rant continu. Dans ce cas, naturellement, l'effet des enroulements de comman- de doit être inversé en conséquence-
Tel que décrit jusqu'à présent, le but de la commande du système a été de réduire le courant s'écoulant vers ou à partir de la batterie, à une valeur faible de manière à préserver la vie de la batterie.
Si, toutefois, la batterie se décharge du fait par exemple de son emploi dans un cas de néces- sité urgente, il est naturellement nécessaire, non de réduire ce courant à une faible valeur, mais de faire en sorte que la valeur moyenne du courant s'écou- lant vers la batterie représente un taux de charge convenable pour celle-ci.
Dans le but de réaliser cela, il est nécessaire de surélever la tension de sor- tie du système légèrement au delà. de sa valeur normale et ceci peut être fait par un ajustement convenable de l'inductance des bobines d'arrêt. Pour cette raison, le courant dans les enroulements de polarisation à saturation des bo- bines d'arrêt peut être rendu réglable pour porter à. la valeur prédéterminée l' aimantation des noyaux en sorte s'adapter le courant moyen de batterie à l'é- tat de charge de la batterie.
Le réglage du courant de charge de la batterie suivant l'état de charge de la batterie peut cependant être rendu automatique en prévoyant enco- re un jeu supplémentaire d'enroulements sur les noyaux des bobines d'arrêt.
Ces enroulements sont agencés pour s'opposer à l'effet des enroulements de po- larisation à saturation et' comprendre dans leur circuit une résistance ayant -une caractéristique courant-tension non linéaire. Les enroulements sont exci- tés directement par la batterie elle-même en sorte que, lorsque la tension de la batterie s'élève, le courant à travers les enroulements augmente de manière
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disproportionnée, en raison de l'existence de la résistance non linéaire, et ainsi s' oppose aux enroulements de polarisation à saturation dans une mesure plus grande de manière à réduire l'aimantation des noyaux,
augmenter l'induc- tance des b'obines et ainsi réduire automatiquement la tension de sortie du système pour correspondre au nouvel état de charge de la batterie:
Afin que la nature de l'invention puisse être comprise complètement., trois formes de système d'alimentation électrique suivant l'invention seront maintenant décrites en se référant aux dessins accompagnant le présent mémoire., ou -Figure 1 montre un système dans lequel la charge est alimentée directement par un redresseur ayant un seul étage de commande; - Figure 2 montre un système dans lequel la charge est alimentée par un générateur de courant continu, et - Figure 3 montre un système dans lequel la charge est alimentée par deux redresseurs en série, dont l'un est commandé par un agencement de com- mande à deux étages.
En se reportant d'abord à la figure 1, on verra que la charge 1 est alimentée directement par un redresseur d'onde complète 2 alimenté par une sour- ce de courant secteur alternatif 3 au moyen d'un transformateur 4. Une batte- rie 5 est montée en tampon sur la charge 1 et un ampèremètre 6 est prévu pour indiquer le courant s'écoulant vers ou à partir de la batterie. Le courant s'écoulant dans l'enroulement primaire 7 du transformateur 4 et par conséquent aussi celui s'écoulant dans l'enroulement secondaire 30, est commandé par les enroulements à courant alternatif 8 et 9 montés en opposition d'une paire de bobines d'arrêt montées en série avec l'enroulement primaire 7 monté dans le secteur 3.
Ces enroulements 8 et 9 sont enroulés sur des noyaux saturables 10 et 11 respectivement qui forment avec. leurs différents enroulements en mê- me temps un seul ensemble amplificateur entouré de la ligne brisée 12.
Le niveau origine de l'aimantation des noyaux 10 et 11 est prévu au moyen de deux enroulements de polarisation à saturation 13 et 14 montés en série sur une source de courant continu 15 montée en pont sur une résistance potentiométrique 16 de telle sorte que le niveau d'aimantation des noyaux pour être réglé à la main. En addition aux enroulements de polarisation à satura- tion 13 et 14, les noyaux sont munis d'une paire d'enroulements de commande 17 et 18 respectivement montés en série entre la borne positive de la batterie 5 et la charge l. Ainsi tout courant s'écoulant vers ou à partir de la batte- rie s'écoule aussi à travers les enroulements de commande 17 et 18 en sorte, ou bien de s"opposer aux ou bien d'aider les enroulements 13 et 14 de polari- sation à saturation.
Si, par suite de fluctuations de la charge., la tension de sortie du système tend à augmenter, un obturant de charge commence à s'écou- ler vers la batterie. Celui-ci s'opposera à l'effet des enroulements de pola- risation à saturation et sert à diminuer l'aimantation des noyaux 10 et 11 et à augmenter l'inductance des enroulements 8 et 9. Ainsi le courant s'écoulant dans l'enroulement primaire 7 du transformateur 4 sera réduit, réduisant ainsi le courant de sortie du redresseur 2 et par suite la tension de sortie du sys- tème. De cette manière tout courant de charge s'écoulant vers la batterie ten- dra automatiquement à réduire la tension de sortie du système de manière à ré- tablir un état d'équilibre.
De la même manière,, un courant de décharge venant de la batterie tendra à surélever la tension de sortie du système. et à rédui- re de nouveau le courant de batterie à une faible valeur lorsque la batterie est dans un état de charge normale. Si, cependant, la batterie se décharge de telle sorte qu'il est désirable de prévoir un courant moyen de charge vers la batterie, le courant fourni aux enroulements de polarisation à saturation 13 et 14 est augmenté légèrement en sorte d'augmenter l'aimantation des noyaux, à réduire l'inductance des bobines et ainsi à légèrement élever la tension de sortie du système pour fournir le courant de charge nécessaire.,
En plus des enroulements de polarisation à saturation et des enrou- lements de commande,
une paire supplémentaire d'enroulements court-circuités 19 et 20 sont prévus sur les noyaux. La fonction de ces enroulements est de supprimer les harmoniques induits dans le circuit de courant alternatif et ap-
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paraissent comme tension de "bruit" à la charge
Le système montré à la figure 2 est semblable à celui qui est mon- tré à la figure 1 sauf qu'un étage de commande supplémentaire est ajouté. L'en- semble amplificateur 12 est exactement le même que celui qui est montré à la figure 1 et les enroulements à courant alternatif 8 et 9 des bobines de choc servent à contrôler le courant s'écoulant dans l'enroulement primaire 7 du transformateur 4 comme auparavant.
Dans ce cas, toutefois, l'enroulement se- condaire 30 du transformateur alimente un redresseur 31 qui, au lieu d'alimen- tes directement la charge, alimente l'enroulement de champ 32 d'un générateur de courant continu 33 qui alimente, lui, la charge la
Une batterie 5 est montée'comme tampon aux bornes de la charge de la même manière que montré à la figure 1. et le courant de batterie est à nou- veau amené à s'écouler par les enroulements de commande 17 et 18.
Les enrou- lements de polarisation à saturation 13 et 14, toutefois, au lieu d'être ali- mentés par une source indépendante de courant continu sont alimentés directe- ment par la tension de batterie sensiblement constante, le courant dans ces enroulements étant réglable au moyen d'une résistance potentiométrique 34.
Le fonctionnement de cette forme de système est sensiblement le même que celui montré à la figure l. Si, du fait d'une augmentation de la tension de sortie du système., provoquée par une fluctuation de la charge, un courent de charge commence à s'écouler vers la batterie, les enroulements de contrôle 17 et 18 augmentent l'inductance des enroulements 8 et 9 et ainsi diminuent le courant de sortie du transformateur 4 etpar suite le courant s'é- coulant dans l'enroulement de champ 32. Ceci à son tour réduit la tension du générateur 33 qui fournit la tension de sortie du système, et ainsi rétablit un état d'équilibre.
De manière semblable, si un courant de décharge commence à s'écouler, venant de la batterie, le champ excitateur de la génératrice est stimulé de manière à rétablir de nouveau l'état d'équilibre. Le courant prin- cipal de batterie peut aussi être réglé au. moyen de la résistance 34 pour cor- respondre à l'état de charge de la batterie.
Sur la figure 2, le redresseur 31 a été montré par simplification comme alimentant 1'enroulement de champ principal 32 du générateur 33. mais il est naturellement évident qu'un certain nombre de variantes sont possibles.
Par exemple, le redresseur 31 peut être monté en série avec une autre source de courant continu fournie par un autre redresseur, ou peut être shunté aux bornes du générateur 33 lui-même pour alimenter l'enroulement de champ princi- pal 32. De nouveau le redresseur 31 peut simplement alimenter un enroulement de champ auxiliaire du générateur., tandis que l'enroulement de champ principal, est constamment excité par une source indépendante de courant continu.
Comme autre possibilité encore, le redresseur 31 peut commander le champ d'une machi- ne excitatrice alimentant l'enroulement de champ principal du générateur 330
Dans le système montré à la figure 3, la charge est alimentée en courant alternatif redressé tiré du secteur de courant alternatif 3, mais dans ce cas la commande est effectuée en deux étages:. L'ensemble amplificateur 12 est une fois encore le même que celui montré aux figure 1 et 2 sauf qu'un jeu supplémentaire d'enroulements 40 et 41 (qui seront décrits ultérieurement) est prévu pour les noyaux 10 et 11 respectivement des bobines d'arrêt. Ces bobines d'arrêt contrôlent le courant allant à l'enroulement primaire 7 d'un transfor- mateur 4 de la même manière qu'auparavant.
Comme le fonctionnement du système dépend de ce que les noyaux deviennent saturés pendant chaque alternance de demi-cycle du courant alternatif, l'enroulement primaire 7 est shunté par une résistance 43 pour assurer qu'un courant suffisant s'écoule dans les enroule- ments à courant alternatif pour obtenir la saturation même en condition de char- ge nulle.
La sortie de l'enroulement secondaire 30 du transformateur est li- vrée à un petit redresseur 44 qui est l'équivalent du redresseur 31 montré à la figure 2. Ce redresseur 44 alimente deux jeux d'enroulement de contrôle 45 et 46 enroulés sur les noyaux 47 et 48 d'une autre paire de bobines d'arrêt 49 et 50 respectivement., montée en opposition de même manière que les enroule- ments 8 et 9 et constituant un nouvel ensemble amplificateur indiqué générale-
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ment par la ligne brisée 51. Le niveau, d'aimantation de ces noyaux est réglé par les enroulements de polarisation à saturation 52 et 53 alimentés par la batterie 5, au moyen d'une résistance potentiométrique 54 qui est réglable pour faire varier le niveau, d'aimantation.
Les enroulements de commande 45 et 46 servent ainsi à aider les enroulements de polarisation à saturation 52 et 53 à un degré variable suivant la sortie du redresseur 44.
Les bobines d'arrêt 49 et 50 contrôlent le courant vers l'enroule- ment primaire 55 d'un transformateur 56 dont l'enroulement 57 alimente un re- dresseur d'onde complète 58. Le redresseur 58 est monté en série avec un se- cond redresseur 59 alimenté directement par le secteur de courant alternatif au moyen d'un transformateur 60. Ainsi la sortie du redresseur 59 est sans contrôle et est surélevée dans une mesure variable par le courant de sortie commandé du redresseur 58. Ces deux redresseurs en série fournissent ainsi le courant de sortie total du système à la charge 1.
En cours de fonctionnement, la sortie du redresseur 44 est contrô- lée suivant le courant de batterie comme déjà décrit en ce qui concerne le re- dresseur 31 montré à la figure 2. Ainsi lorsqu'un courant de charge s'écoule vers la batterie, la sortie du redresseur 44 est diminuée. Ceci diminue l'ef- fet des enroulements de commande 45 et 46 et sert à réduire l' aimantation des noyaux 47 et 48. Ceci à son tour augmente l'inductance des bobines 49 et 50 et diminue le courant dans l'enroulement, primaire 55 du transformateur 56 di- minuant ainsi également le courant dans l'enroulement secondaire 57 et diminuant l'effet de survoltage du redresseur 58 en sorte de réduire la tension de sortie du système et de ramener le courant de batterie à sa petite valeur d'équilibre.
L'enroulement primaire 55 du transformateur 56 est shunté par un condensateur 61 qui fonctionne de la même manière que la résistance 43 pour assurer la sa- turation des noyaux 47 et 48 dans des conditions d' absence de charge.
La fonction des enroulements 40 et 41 dans l'amplificateur 12 est de fournir un réglage automatique du courant principal vers la batterie suivant l'état de charge de la batterie. Les enroulements de polarisation à saturation 13 et 14 sont fournis en tension par la batterie 5 au moyen d'une résistance potentiométrique réglable 62. Les enroulements 40 et 41 sont montés en oppo- sition aux enroulements de polarisation à saturation 13 et 14 et sont aussi alimentés par la batterie au moyen d'une résistance potentiométrique réglable 63 tandis qu'une résistance 64, ayant une fonction courant-tension, qui est à la quatrième puissance, est également comprise, dans le circuit de ces enrou- lements.
L'effet de cette résistance 64 est que pour une élévation unitaire de la tension de la batterie produisant une élévation unitaire du courant dans les enrouelements de polarisation à saturation 13 et 14, le courant dans les enroulements 40 et 41 augmentera 4 fois. En d'autres termes, quand la tension de la batterie augmente lorsque la batterie s' approche de son état de charge complète, l'effet des enroulements 40 et 41 augmente en s'opposant aux enrou- lements de polarisation à saturation 13 et 14. Ceci tend à diminuer légèrement l'aimantation des noyaux 10 et 11 et ainsi, au moyen du contrôle à deux étages déjà décrit, à réduire la tension de sortie du système et ainsi à réduire dou- cement le courant de charge vers la batterie lorsque cette dernière s'approche de l'état de charge complète.
Dans le système qui vient d'être décrit,, le redresseur 58 est mon- tré comme servant simplement à survolter la sortie du redresseur 59 qui en 'gé- néral fournira la majeure partie de l'alimentation à la charge. Si:! cependant, une charge relativement petite est nécessaire, le redresseur 58 peut être uti- lisé seul comme source principale d'alimentation, tout comme le redresseur 2 est utilisé dans le système montré à la figure 1. Semblablement aussi, dans le système montré à la figure 1, le redresseur 2, au lieu d'alimenter la char- ge elle-même, peut être utilisé pour survoiter la sortie d'un ou de plusieurs autres redresseurs alimentant la majeure proportion de la charge.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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IMPROVEMENTS RELATING TO CONTINUOUS CURRENT SUPPLY SYSTEMS.
The present invention relates to DC electric current supply systems in which a battery is mounted as a buffer between the output terminals of the system in order to supply the load in the event of urgent need.
One use for systems of this kind is to supply power to telephone offices where there can be very large fluctuations in load during the 24 hour period. Despite these load fluctuations, it is important to keep the output voltage of the system substantially constant, both from the point of view of desktop operation and in order to maintain current flowing from where to the battery. , at a low value. Even though the charge does not need a substantially constant voltage, this second consideration is important for the conservation of battery life by minimizing the work required of it.
Such systems can supply the load either with rectified current from an AC mains source or alternatively from a DC generator, but in either case the system is in itself susceptible to variations in voltage with the fluctuation of the load. In the present installations using a direct current generator, the usual practice is to control the generator by an electromagnetic relay to which the generator voltage is applied.
Such relays, however, are usually sensitive only to voltage variations of about 1 percent above or below the ordinary voltage and are usually arranged to increase the output voltage of the generator as the load increases and let the tension drop. However, because the voltage relay is not very sensitive, discharge and charge currents from or to the battery of considerable magnitude are likely to occur.
For example ;, in the case of a 2000 amp hour battery powering an office requiring 400 amps ;, there may be current to or from the battery, of 250 amps, which quickly drops to around 40 amps. @
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The object of the present invention is to provide a power supply system which is very sensitive to variations in the load and which does not require a contact relay and avoids any abrupt change in operating conditions. setting.
According to the invention, therefore, the current flowing to or from the battery is used to increase or decrease, depending on the direction of this current, the magnetization of the cores of a pair of choke or shock coils, whose alternating current windings are arranged such that during each half cycle of alternating current which passes through them in series, the magnetization of one of the coils is increased while that of the other is decreased, the current of battery thus serving, by varying the inductance of the alternating current windings, to control the value of the alternating current.
A rectified component of this alternating current is then used either directly or indirectly to adjust the output voltage of the system so as to keep the battery current at a low value if the battery is at a normal state of charge.
If the load is supplied by the system with rectified current from an AC mains source, the AC current flowing through the AC windings can itself directly power a rectifier providing at least part of the DC output voltage of the system and thus serve directly to control this output voltage. On the other hand, however, if the system is supplying the load from a direct current generator, then the rectified component of the alternating current is used to control the field excitation of the generator, either directly or by controlling a separate exciter machine supplied. the main field of the generator.
If the rectified component of the alternating current is to directly control the generator field, it can either be supplied to the generator's main field winding or, alternatively, to an auxiliary field winding acting in conjunction with the field winding. main.
It will be understood that in the case of a power supply system using a direct current generator, the control is carried out in two stages, the first stage consisting in the control of the field excitation by means of the rectified current component. alternating, and the second stage consisting of the control of the output current of the generator by means of the field excitation. A similar form of two-stage control can be employed when the load is supplied with rectified current from a mains AC source.
In the latter case, the rectified component of alternating current flowing in the alternating current windings of the choke coils, is used to adjust the magnetization of the cores of another pair of choke coils connected in series. , so as to control the inductance of their alternating current windings, which have the same relation to each other as those of the first pair of coils. The inductance of these windings, in turn, serves to control the value of a current flowing through the windings, coming from a mains source of alternating current and a rectified component of the latter current. is used to provide at least a portion of the DC output voltage of the system.
In a simple form of a system, this rectified component can provide the total output current of the system, but in order to avoid the need to control the value of a relatively large current, the rectified component can be used. simply for the voltage of the rectified component of another alternating current and to a large extent supplying the load. Thus the two-stage control system is used again, the first stage consisting of controlling the inductance of the AC windings of the other pair of choke coils., And the second stage consisting of controlling the current flowing through these coils following changes in inductance.
Whether there are two driving stages or only one stage, the magnetization of the choke cores employed in the first stage is raised to a predetermined value by means of saturation bias windings. supplied with substantially constant direct current. The value
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of this current is chosen so that the magnetization of the cores is raised to a level slightly lower than that which corresponds to the bend of the saturation curve.
The result of this is that during half a cycle of the alternating current flowing through the choke coils, the magnetization of one of the cores is increased to the saturation value which, taking into account existing level of magnetization, represents only a small increase, with a consequent decrease in inductance. However, due to the relationship between the two sets of AC windings, the magnetization of the other core is decreased by a much larger amount, while its inductance is not changed appreciably. .
Thus it will be understood that the total inductance of the two coils connected in series will be controlled by the level of magnetization produced by the polarization winding at saturation, since the more this level approaches the bend of the saturation curve, the less becomes the total inductance of the two coils.
In addition to the saturation bias windings each of the choke coils is provided with a control winding supplied by the current flowing to or from the battery. Thus, depending on the direction of flow of the battery current, these control windings serve to raise or lower the level of magnetization established by the bias windings at saturation and thus to lower or raise the inductance of the batteries. coils.
If the output voltage of the system rises above the voltage of the battery, a charging current begins to flow in the battery and this current is thus responsible for carrying out a command or control so as to voltage. reduce the output voltage of the system. Thus, in general., A charging current to the battery will oppose the effect of the current in the saturation bias windings so as to reduce the magnetization of the cores and increase the inductance of the coils of stop. This in turn serves to reduce the value of the alternating current flowing through the choke coils and hence to reduce its rectified component and thus the output voltage of the system.
Likewise, a discharge current from the battery, resulting from a drop in the output voltage of the system,. Serves to reduce the inductance of the choke coils and thus to increase the alternating current. 'flowing through them to raise the output voltage of the system.
On the other hand, however, the control can be arranged so that an increase in the alternating current flowing through the choke coils tends to reduce the output voltage of the system, for example by supplying an auxiliary field mounted in opposition to the system. main field of a direct current generator. In this case, of course, the effect of the control windings must be reversed accordingly-
As heretofore described, the purpose of system control has been to reduce the current flowing to or from the battery to a low value so as to conserve battery life.
If, however, the battery discharges, for example due to its use in a case of urgent necessity, it is naturally necessary, not to reduce this current to a low value, but to ensure that the average value of the current flowing to the battery represents a suitable charge rate for the latter.
In order to achieve this, it is necessary to raise the output voltage of the system slightly above that. of its normal value and this can be done by a suitable adjustment of the inductance of the choke coils. For this reason, the current in the saturation bias windings of the choke coils can be made adjustable to rise to. the predetermined value the magnetization of the cores so as to adapt the average battery current to the state of charge of the battery.
The adjustment of the charge current of the battery according to the state of charge of the battery can however be made automatic by also providing an additional set of windings on the cores of the choke coils.
These windings are arranged to oppose the effect of the saturation polarization windings and to include in their circuit a resistor having a non-linear current-voltage characteristic. The windings are energized directly by the battery itself so that as the battery voltage rises, the current through the windings increases steadily.
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disproportionate, due to the existence of the nonlinear resistance, and so opposes the saturation bias windings to a greater extent so as to reduce the magnetization of the cores,
increase the inductance of the coils and thus automatically reduce the output voltage of the system to correspond to the new state of charge of the battery:
In order that the nature of the invention may be fully understood., Three forms of power supply system according to the invention will now be described with reference to the drawings accompanying this specification., Or -Figure 1 shows a system in which the load is supplied directly by a rectifier having a single control stage; - Figure 2 shows a system in which the load is supplied by a direct current generator, and - Figure 3 shows a system in which the load is supplied by two rectifiers in series, one of which is controlled by a switching arrangement. mande on two floors.
Referring first to Figure 1, it will be seen that the load 1 is supplied directly by a full wave rectifier 2 supplied by an alternating mains current source 3 by means of a transformer 4. A bat- rie 5 is mounted as a buffer on load 1 and an ammeter 6 is provided to indicate the current flowing to or from the battery. The current flowing in the primary winding 7 of the transformer 4 and therefore also that flowing in the secondary winding 30, is controlled by the alternating current windings 8 and 9 mounted in opposition of a pair of coils d. '' stop mounted in series with primary winding 7 mounted in sector 3.
These windings 8 and 9 are wound on saturable cores 10 and 11 respectively which form with. their different windings at the same time a single amplifier assembly surrounded by the broken line 12.
The original level of the magnetization of cores 10 and 11 is provided by means of two saturation bias windings 13 and 14 mounted in series on a direct current source 15 bridged on a potentiometric resistor 16 so that the level magnetization of the cores to be adjusted by hand. In addition to the saturation bias windings 13 and 14, the cores are provided with a pair of control windings 17 and 18 respectively connected in series between the positive terminal of the battery 5 and the load 1. Thus any current flowing to or from the battery also flows through the control windings 17 and 18 so as to either oppose or assist the polar windings 13 and 14. - saturation station.
If, as a result of load fluctuations, the output voltage of the system tends to increase, a charge seal begins to flow to the battery. This will oppose the effect of the saturation polarization windings and serves to decrease the magnetization of cores 10 and 11 and to increase the inductance of windings 8 and 9. Thus the current flowing in the The primary winding 7 of the transformer 4 will be reduced, thus reducing the output current of the rectifier 2 and hence the output voltage of the system. In this way any charge current flowing to the battery will automatically tend to reduce the output voltage of the system so as to restore a state of equilibrium.
Likewise, a discharge current from the battery will tend to raise the output voltage of the system. and again reducing the battery current to a low value when the battery is in a state of normal charge. If, however, the battery discharges such that it is desirable to provide an average charge current to the battery, the current supplied to the saturation bias windings 13 and 14 is increased slightly so as to increase the magnetization. cores, to reduce the inductance of the coils and thus to slightly increase the output voltage of the system to provide the necessary charging current.,
In addition to the saturation bias windings and control windings,
an additional pair of shorted windings 19 and 20 are provided on the cores. The function of these windings is to suppress the harmonics induced in the alternating current circuit and apply
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appear as "noise" voltage to load
The system shown in Figure 2 is similar to that shown in Figure 1 except that an additional control stage is added. The amplifier assembly 12 is exactly the same as that shown in figure 1 and the AC windings 8 and 9 of the shock coils are used to control the current flowing in the primary winding 7 of the transformer 4 as before.
In this case, however, the secondary winding 30 of the transformer feeds a rectifier 31 which, instead of directly feeding the load, feeds the field winding 32 of a direct current generator 33 which feeds, him, the charge
A battery 5 is mounted as a buffer across the load in the same manner as shown in Fig. 1, and the battery current is again caused to flow through the control windings 17 and 18.
The saturation bias windings 13 and 14, however, instead of being supplied by an independent source of direct current are supplied directly by the substantially constant battery voltage, the current in these windings being adjustable at the same time. by means of a potentiometric resistance 34.
The operation of this form of system is substantially the same as that shown in Figure 1. If, due to an increase in the output voltage of the system, caused by a fluctuation in the load, a load current begins to flow to the battery, the control windings 17 and 18 increase the inductance of the batteries. windings 8 and 9 and thus decrease the output current of transformer 4 and hence the current flowing in field winding 32. This in turn reduces the voltage of generator 33 which provides the output voltage of the system, and thus reestablishes a state of equilibrium.
Similarly, if a discharge current begins to flow from the battery, the exciter field of the generator is stimulated so as to reestablish the equilibrium state. The main battery current can also be set to. means of resistor 34 to correspond to the state of charge of the battery.
In Fig. 2, the rectifier 31 has been shown for simplicity as supplying the main field winding 32 of the generator 33, but it is of course evident that a number of variations are possible.
For example, rectifier 31 may be mounted in series with another DC source supplied by another rectifier, or may be shunted across generator 33 itself to supply main field winding 32. Again rectifier 31 can simply power an auxiliary field winding of the generator., while the main field winding, is constantly energized by an independent source of direct current.
As yet another possibility, the rectifier 31 can control the field of an exciter machine supplying the main field winding of the generator 330.
In the system shown in figure 3, the load is supplied with rectified alternating current drawn from the alternating current sector 3, but in this case the control is carried out in two stages :. The amplifier assembly 12 is once again the same as that shown in Figures 1 and 2 except that an additional set of windings 40 and 41 (which will be described later) is provided for the cores 10 and 11 respectively of the coils of stop. These choke coils control the current going to the primary winding 7 of a transformer 4 in the same way as before.
As the operation of the system depends on the cores becoming saturated during each half cycle alternation of the alternating current, the primary winding 7 is shunted by a resistor 43 to ensure that sufficient current flows through the windings. with alternating current to obtain saturation even under zero load conditions.
The output of the secondary winding 30 of the transformer is fed to a small rectifier 44 which is the equivalent of the rectifier 31 shown in figure 2. This rectifier 44 feeds two sets of control windings 45 and 46 wound on them. cores 47 and 48 of another pair of choke coils 49 and 50 respectively., mounted in opposition in the same way as the windings 8 and 9 and constituting a new amplifier assembly indicated general-
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ment by the broken line 51. The level of magnetization of these cores is regulated by the saturation bias windings 52 and 53 supplied by the battery 5, by means of a potentiometric resistor 54 which is adjustable to vary the level. , magnetization.
The control windings 45 and 46 thus serve to aid the saturation bias windings 52 and 53 to a varying degree depending on the output of the rectifier 44.
The choke coils 49 and 50 control the current to the primary winding 55 of a transformer 56 whose winding 57 feeds a full wave rectifier 58. The rectifier 58 is mounted in series with a voltage. - rectifier cond 59 supplied directly by the alternating current sector by means of a transformer 60. Thus the output of the rectifier 59 is uncontrolled and is raised to a variable extent by the controlled output current of the rectifier 58. These two rectifiers in series thus provide the total output current of the system to load 1.
In operation, the output of the rectifier 44 is monitored according to the battery current as already described with regard to the rectifier 31 shown in FIG. 2. Thus when a charge current flows to the battery. , the output of the rectifier 44 is reduced. This decreases the effect of the drive windings 45 and 46 and serves to reduce the magnetization of the cores 47 and 48. This in turn increases the inductance of the coils 49 and 50 and decreases the current in the primary winding. 55 of the transformer 56 thus also decreasing the current in the secondary winding 57 and decreasing the boosting effect of the rectifier 58 so as to reduce the output voltage of the system and bring the battery current back to its small value of. balanced.
Primary winding 55 of transformer 56 is shunted by capacitor 61 which operates in the same manner as resistor 43 to saturate cores 47 and 48 under no load conditions.
The function of the windings 40 and 41 in amplifier 12 is to provide automatic adjustment of the main current to the battery according to the state of charge of the battery. The saturation bias windings 13 and 14 are supplied with voltage by the battery 5 by means of an adjustable potentiometric resistor 62. The windings 40 and 41 are mounted in opposition to the saturation bias windings 13 and 14 and are also supplied by the battery by means of an adjustable potentiometric resistor 63 while a resistor 64, having a current-voltage function, which is at the fourth power, is also included in the circuit of these windings.
The effect of this resistor 64 is that for a unit increase in battery voltage producing a unit increase in current in the saturation bias windings 13 and 14, the current in the windings 40 and 41 will increase 4 times. In other words, as the battery voltage increases as the battery approaches its fully charged state, the effect of windings 40 and 41 increases in opposing saturation bias windings 13 and 14. This tends to slightly decrease the magnetization of cores 10 and 11 and thus, by means of the two-stage control already described, to reduce the output voltage of the system and thus to gently reduce the charge current to the battery when the latter is approaching the state of full charge.
In the system just described, rectifier 58 is shown to serve merely to boost the output of rectifier 59 which generally will supply most of the power to the load. Yes:! however, a relatively small load is required, rectifier 58 can be used alone as the main power source, just as rectifier 2 is used in the system shown in Fig. 1. Similarly also, in the system shown in Fig. Figure 1, the rectifier 2, instead of supplying the load itself, can be used to boost the output of one or more other rectifiers supplying the major proportion of the load.
CLAIMS.
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