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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.
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