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SYSTEME REGULATEUR DE TENSION APPLICABLE NOTAMMENT AUX CHARGEURS DE
BATTERIES.
Cette invention concerne de façon générale les systèmes régulateurs de tension électrique et plus particulièrement un appareil perfectionné comportant une disposition spéciale de circuit pour régler la tension de sortie des chargeurs de batterie ou des installations supprimant les batteries.
Dans les systèmes régulateurs de ce genre connus jusqu'à présent, le courant de charge dépassait une valeur désirée pendant la recherche du réglage. Dans divers cas ou circonstances opératoires, le courant de charge variait dans des proportions considérables, ce qui créait un régime oscillatoire avant que le point où 'les conditions de fonctionnement désirées ne fussent atteintes. Cet état de choses donne lieu à des difficultés pratiques auxquelles obvie le présent appareil en supprimant le régime oscillatoire du courant de charge, ce qui permet de réaliser'de meilleures conditions opératoires et divers avantages.
Un but de l'invention est de permettre la réalisation d'un système régulateur de tension dans lequel les oscillations du courant de charge sont supprimées, de façon à améliorer la stabilité.
Un autre but de l'invention est de permettre la réalisation d' un amplificateur à réactance saturable utilisable dans un système régulateur de tension et grâce auquel on obtienne une amplification plus-poussée qu'avec les amplificateurs à réactance antérieurement proposés et ce,, moyennant l'application nouvelle d'un enroule ment à contre-réaction de conception originale.
Le dessin schématique annexé montre le diagramme du circuit de 1-'appareil régulateur de tension, objet de l'invention.
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Brièvement décrite, l'invention est matérialisée dans un chargeur de batterie de type conventionné], mais modifié par le branchement d' une bobine de réactance saturable dans son circuit d'entrée et comprenant un étalon de comparaison comportant un ensemble magnétique formé d'un aimant permanent et d'un électroaimant connecté en travers du circuit de sortie de ce chargeur, de façon à produire une force magnéto-motrice proportionnelle à la tension de sortie de cet ensemble magnétique, et un amplificateur à réactance saturable ou magnétique dont le circuit d'entrée est connecté à un autre enroulement dudit ensemble magnétique,
de façon à être commandé suivant la différence des forces magnéto-motrices de cet aimant permanent et de cet électro-aimante le circuit de sortie de ce dernier étant relié à l'enroulement de saturation de la première bobine de réactance, de sorte que l'impédance de cette dernière est modifiée pour maintenir la tension de sortie sensiblement constante malgré les variations se produisant -dans la tension d'entrée, dans le courant de charge, dans l'âge des redresseurs ou dans divers autres facteurs.
Le présent appareil est un perfectionnement qui découle directement du brevet belge N 468.768 déposé le 25 octobre 1946 et appartenant à la même Société. En plus des résultats que permet d'obtenir l'appareil décrit dans ce brevet antérieur, on obtient une tension de réaction négative à partir d'un enroulement supplémentaire monté sur la branche centrale du noyau de la dernière bobine de réactance saturable en même temps que de l'enroulement de saturation parcouru par le courant oontinu La tension de réaction est appliquée à un étage précédent de l'amplificateur magnétique en montant en série l'enroulement supplémentaire avec un enroulement de saturation à courant continu et avec le redresseur par lequel est excité un enroulement placé en aval.
L'enroulement supplémentaire est disposé de telle sorte que sa polarité soit telle que toute augmentation momentanée du flux de courant continu dans la dernière bobine de réactance produise une réduction des ampères-tours en courant continu sur la bobine de réactance d'un étage précédent, l'inverse étant également vrai. Quand l'enroulement de réaction négatif est appliqué à des amplificateurs magnétiques (comme représenté) il donne un moyen de supprimer l'oscillation dans le courant de charge.
Un autre résultat pratique de ce circuit de réaction c'est qu'il améliore le gain de l'amplificateur magnétique même s'il est connecté sous la forme d'un circuit à réaction négatives de façon à supprimer les oscil- lations. Quand il n'y a pas de charge, le flux de courant alternatif de la bobine de réactance saturable ne relie que les deux enroulements parcourus par du courant alternatif mais comme une saturation en courant continu est augmentée, une partie du flux de courant alternatif couple les enroulements de la branche centrale. Il en résulte que le flux de courant alternatif augmente avec la saturation.
Ce flux de courant alternatif engendre dans l'enroulement supplémentaire une tension de fréquence double de celle de la source de courant alternatif, tandis que l'amplitude dé la tension de l'enroulement supplémentaire augmente avec la saturation en courant continu.
La tension en courant alternatif induite de l'enroulement supplémentaire est redressée sur la moitié de l'onde par le redresseur de l'étage précédent auquel il est connecté et malgré le montage en contre-réaction de 1-'enroulement, le redresseur ne permet le passage du courant supplémentaire que dans la même direction que le courant de saturation originel dans cet étage. Ainsi le courant redressé supplémentaire s'ajoute au courant redressé originel, ce qui se traduit par une saturation accrue pour l'étage de la bobine de réactance précédente.
Le dessin annexé montre une source de courant alternatif 1 connectée aux bornes d'entrée 2 et 1 du chargeur,, et une batterie connectée en travers des bornes de sortie .2 et .2 d'un circuit de charge. Entre les bornes d'entrée et de sortie est placé un chargeur de type conventionnel comprenant un transformateur 7, un redresseur 8 du type à disques secs fonctionnant sur la totalité de l'onde, et une bobine de réactance 9 formant filtre. Une autre bobine de réactance 10 formant régulateur est montée en
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série avec les enroulements primaires du transformateur 1 et avec la source 1 de courant alternatif.
Une partie de la tension de sortie du chargeur est appliquée aux enroulements d'un dispositif contrôleur 11 qui compare la force magnétomotrice produite par ces enroulements avec celle d'un aimant permanent 12 et qui régit l'impédance d'autres enroulements montés sur lui suivant la différence existant entre les deux forces magnéto-motrices.
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L-'impidànee de ces autres enroulements règle la tension qui': est appliquée à7.'entrée d'un amplificateur à réactance saturable comprenant des bobines saturables 13. et 6s des redresseurs 17. 18, 20 et 21 à disques secs agissant sur la totalité de l'onde, et des bobines de réactance 23 2 2 et 26 Le circuit de sortie de l'awplificateur magnétique est con- necté à l'enroulement de saturation 10c monté sur la bobine de réactance 10 formant régulateur. L'enroulement 10d est bobiné autour du noyau central de la bobine de.-réactance 10 en'sus de 1-'enroulement de saturation
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10e alimenté par du courant continu.
L'enroulement de saturation 15o ali- menté de même et le redresseur 19 sont montés en série avec l'enroulement 10d,de sorte que toute augmentation momentanée du flux du courant continu dans la bobine de réactance se traduit par une réduction des ampères-tours
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en courant continu dans la bobine de réactance-l-.
Le chargeur est étudié pour fonctionner soit sur courant alternatif de 115 volts;,, soit sur courant alternatif de 230 volts par une simple
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permutation des bornes 27. 28 2 et 0. Ces bornes sont représentées pour permettre 1e fonctionnement sur un courant de 115 volts,, auquel cas la borne 2 est connectée par l'intermédiaire d'un plot de contact de l'inter-
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rupteur 31. du coupe-circuit 29 des enroulements 10a et 1â!1 de la barrette entre les bornes 2 et lQ, du coupe-circuit 33. et d'un autre plot de contact de l'interrupteur If à la borne 1. Les enroulements lOb et 7b sont connectés en multiple à des enroulements 10a et .2â par l'intermédiaire de la barrette placée entre les bornes 27 et 28.
Pour permettre le fonctionnement sur 230 volts., on enlève les barrettes représentées et on relie les bornes 28 et 30, auquel cas les en-
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roulements 10a, 2a lOb et 2k sont connectés en série par rapport au cir- cuit de fourniture du courant. Le sens des enroulements intéressant la bobine de réactance 10 formant régulateur et les bobines de réactance sa-
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turables 3¯3j) Y 12 -èt 16 sont tels que les flux magnétiques sont produits dans le noyau par les deux enroulements montés sur leurs branches extérieures.
L'impédance des enroulements montés sur les branches externes de chacun des noyaux de ces bobines de réactance varie avec le degré de saturation du noyau qui lui-même est commandé par la quantité de courant continu qui passe dans l'enroulement 10c monté sur la branche centraleo
Le dispositif contrôleur 11 est lui aussi une bobine de réactance saturable Il diffère au point de vue construction et fonctionnement des
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autres bobines de réactance saturables 1) et Il à i6o Ce dispositif contrô- leur comprend un noyau magnétique pourvu de quatre branches réunies par deux culasses dont les deux branches internes ont une section droite réduite pour en permettre une saturation facile. L'une des branches externes du noyau
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comprend un aimant permanent 12.
L"enroulement ¯46 est bobiné sur l'une des branches internes, 1-'enroulement sur 1-'autre branche interne. Ces enroulements désignés ci-après par enroulements à courant alternatif, sont montés en série, de sorte que le flux magnétique produit par le courant qui parcourt le circuit en série s'écoule dans des directions opposées dans les deux branches internes du noyau, et que ces enroulements sont incapables de produire de différence dans la force magnéto-motrice entre les deux
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culasses et n'ont donc pas deeffet démagnétisant sur l'aimant permanent lorsque l'excitation est assurée par du courant alternatif.
Deux enroulements supp1émentaires-1& et !.r!l, appelés ci-après enroulements à courant continu, sont respectivement prévus sur les culasses placées entre la branche externe restante et les branches internes. Ces enroulements sont montés en série et peuvent, le cas échéante être remplacés par un seul enroulement bobiné sur ladite branche externe restante. Une résistance 45 possédant un coefficient de température négatif est montée en série avec les enrou-
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lamenta , 1, de façon à compenser les variations de résistance ohmiques qui se produisent avec les changements de température. Cette résistance 45 est,.de préférence, logée dans le noyau du dispositif contrôleur 11.
A titre de variante, l'enroulement à courant continu peut être constitué par un fil possédant un coefficient de température faible.
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Quand les enroulements et -!:J1. du dispositif contrôleur 11 sont excités grâce à une connexion avec une source de courant continu avec les bornes 12 et 40 (la borne positive de cette source de courant étant connectée à la borne ) les flux engendrés par ces enroulements et par l'aimant permanent s'ajoutent dans les branches externes et dans les culasses du noyau mais sont opposés dans les deux branches internes.
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Pour une tension prédéterminée en. travelfls des enroulements à courant con- tinu, déterminée par la puissance de l'aimant permanente les flux en question s'annulent mutuellement dans les branches internes du noyau, de sorte
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que les enroulements 6f2 et à2 bobinés sur les branches internes ont une im- pédance maximum.
Si la tension en travers des enroulements 48 et 49 est augmentée ou diminuée,, il se produit dans 1 es branches internes un flux net en fonction de la différence entre les forces magnéto-motrices de l'ai-
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mant permanent et les enroulements et à9a Par suite de la saturation par les branches internes, l'impédance des enroulements à courant alternatif diminue jusqu'à une valeur minimum au fur et à mesure que la tension en travers des enroulements 48 et /;il augmente ou diminue graduellement par rapport à ladite valeur prédéterminée.
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Les enroulements M et lez du dispositif contrôleur lE sont réunis en pont en travers des bornes de sortie .± et 6 du chargeur monté en
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série avec les résistances /1 et 2 et en shunt avec les résistances i.1 et àà, de sorte que l'impédance des enroulements ¯46 et 41 du dispositif contrôleur 11 varie suivant la tension de débit du chargeur.
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Les enroulements 6 et 7 du dispositif Il sont reliés en pont en travers de plots espacés symétriquement prévus sur l'enroulement secondaire du transformateur 2 en série avec) la bobine de réactance variable 22 en passant par les bornes Il et .38. Les bornes à courant alternatif du redres-
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seur 17 montées en pont sont connectées entre le point milieu de l' enroulement secondaire du transformateur 7 mt la jourtion entre la bobine de ré- actance 22 et les enroulements à courant alternatif du dispositif contrat
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leur ll Les bornes à courant continu du redresseur 12 sont connectées à 1-'enroulement de saturation 13c de la bobine de réactance 3 Les enroulements 13a et 13b à courant alternatif sont de même
réunis en pont en travers des plots espacés symétriquement prévus sur le transformateur z en série m,a bobine de réactance gò Les bornes à courant alterna- tif du redresseur en pont 18 sont branchées entre le plot central du
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transformateur ? et la jonction entre l'enroulement 13a et la bobine 3JL Les bornes à courant continu du redresseur 18 sont connectées à l'enroule=-
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ment de saturation lli de la bobine 1. Les bornes à courant continu du redresseur le sont montées en série avec l'enroulement de saturation lac et avec l'enroulement 10d. Les bornes à courant alternatif du redres=
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seur en pont 19 sont branchées entre le plot central 16 du transformateur 7 et la jonction entre l'enroulement 1¯4b et la bobine 2.
Les bornes à courant continu du redresseur 20 sont connectées à l'enroulement de saturation l6c de la bobine J..2.<> Enfin, les bornes à courant alternatif du redresseur en pont 20 sont branchées entre le plot central 36 du transfor-
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mateur 7 .et la jonction entre les enroulements ill et la bobine o
Une tension de-réaction (négative) est fournie par l'enroule- ment 10d bobiné sur la branche centrale de la bobine de réactance 10.
Cette tension est appliquée à l'amplificateur magnétique par une connexion
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en série avec l'enroulement de saturation 15o de la bobine 11 et le redres- seur 19. La polarité de l'enroulement 10d est telle que toute augmentation momentanée du flux de courant continu dans la bobine 10 produit une
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réduction des ampères-tours dans l'enroulement Oc de la bobine l20 L'in- verse est également vrai. L'effet est en définitive :de supprimer les oscillations dans le courant de charge comme indiqué par l'ampèremètre A.
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Un autre résultat pratique de l'enroulement de réaction 10d
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C'JI3st qu'il améliore le gain de l'amplificateur magnétique même si son branchement est étudié en vue d'une contre-réaction pour supprimer les oscillations du courant de charge.
Quand aucune charge ne se manifeste,
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le flux de courant alternatif de la bobine de réactan#: saturable 10 ne réunit que les deux enroulements 10a et 10b. Au fur et à mesure que la saturation en courant continu est augmentée par la bobine 10c, une partie du flux de courant alternatif relie les bobines 10d et 10c enroulées sur la branche centrale de la bobine de réactance 10, de sorte que l'amplitude de la tension dans l'enroulement 10d augmente avec la saturation.
Cette tension en courant alternatif parcourant l'enroulement 10d est double de la fréquence de la source de courant alternatif et d'amplitude croissante avec la saturation en courant continu dans l'enroulement 10c. La
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tension en courant alternatif engendrée par l'enroulement 10d est redres- sée sur la moitié de l'onde par le redresseur 19 auquel il est relié. Ce redresseur 19 ne permet le passage d'un courant supplémentaire que dans la même direction que celle du courant de saturation originel parcourant 1-'en;roulement 15a. Ainsi, le courant redressé supplémentaire fourni par l'en- roulement 10d s'ajoute au courant redressé, originel de l'enroulement 15c ce qui se traduit par une saturation accrue et par un gain plus grand pour
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leamplificateur magnétique.
Le dispositif contrôleur 11 et la réactance saturable ou l'amplificateur magnétique sont construite, de préférence, pour former un ensem- ble accessoire pouvant être aisément réglé avant le montage final du chargeur complet. Le mode de réglage de cet ensemble accessoire est décrit ciaprès pour faciliter la compréhension de son fonctionnement. Pendant le réglage, les bornes 34 et 35 sont reliées à une source de courant alternatif convenable dont le point milieu est connecté à la borne 36. Les bornes
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2 et 8 sont également reliées à une 'source de anoausnt alternatif convena- ble dont le point milieu est connecté à la borne 36.
On peut utiliser à cet effet par exemple un transformateur dont l'enroulement secondaire soit
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branché sur ¯+ 15V, .:!; 205V, Os+ 205V,, + l5Vo Les bornes J2 et 4Ë sont con- nectées respectivement à la borne négative et à la borne positive d'une source de courant continu à tension variable On règle initialement la tension entre les bornes 39 et 40 selon une valeur prédéterminée qui ne doit pas être inférieure au point d'étalonnage minimum de 1-'instrument,. à cadran (non représenté) avec lequel le chargeur doit être employé.
Cest ainsi, par exemple que, si le chargeur doit être employé en combinaison avec une batterie alimentant un central téléphonique ayant une tension nominale de 48 volts,, il convient de régler initialement la tension entre les bornes 39 et 40 à une valeur comprise entre 44 et 56 volts sur le cadran de 1-'appareil
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d JI éta.1.bnnage en question. On branche alors un voltmètre fonctionnant sur courant continu en travers de l'enroulement de saturation 13c de la bobine de réactance 13, puis on règle la puissance de l'aimant permanent 12, qui est magnétisé initialement à un degré supérieur à celui dont on a effecti- vement besoin, jusqu'à ce qu'une tension prédéterminée se manifeste dans
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l'enroulement 13e.
Ce résultat peut être aisément atteint en déplagaht l'aimant 12 pour l'écarter partiellement du noyau du dispositif contrôleur
11 suivant des distances de plus en plus grandes et en ramenant l'aimant à sa position initiale entre chaque déplacement jusqu'à ce qùe la tension re-
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quise soit obtenue .brqu'-1.'aia,n.t a' t ou dan 3..8;.1Âti]:l!l. normale es s qu 1a± J;é.'.8.aJ1qe' at.laL!'aiD!aftt 'pPm:, luj. ¯dq,@eJ;:JJ....!.rvq- s1; on le :t riwgp3Pmown=% 1.'!J" u.."9.
Les bobines de réactance variables Z2. bzz 24. 2'et 26 sont réglées initialement à la valeur d'inductance minimum. L'inductance de chacune de ces bobines est alors inférieure à celle des enroulements à courant alternatif tels que 13a et 13b des .bobines de réactance saturables corres- pondantes. On augmente graduellement l'inductance de la bobine 22. Au
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fur et à mesure que l'inàuctanee de cette bobine se rapproche de celle des enroulements à courant alternatif du dispositif contrôleur 11, la tension en travers de l'enroulement 13c diminue jusqu'à une valeur minimum, puis
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augmente à mesure que l'inductance de la bobine 22 est encore augmentée.
Le pont d'équilibrage n'est pas défini nettement. Il est donc désirable d'augmenter l'inductance de la bobine de réactance 22 jusqu'à ce que la .tension parcourant l'enroulement 13c commence tout juste à augmenter pour permettre d'obtenir la sensibilité maximum. On transfère alors le voltmètre sur l'enroulement 14c et on règle la bobine de réactance 23 de fa- çon analogues puis on règle de même les bobines 24,
25 et 26. Etant - donné que la bobine de réactance 10 n'est pas incluse dans l'ensemble accessoire en question une résistance peut être branchée en 'travers des bornes 50 et 51 pour remplacer l'enroulement 10c pendant le réglage de cet ensembleles conducteurs aboutissantà l'enroulement 10d étant reliés
Après que l'ensemble accessoire sus-indiqué a été réglé comme décrit dans le paragraphe précédent, on l'assemble et on le relie aux autres éléments du chargeur complet comme représenté. La fraction de la tension de sortie qui est appliquée aux enroulements parcourus par le courant continu du dispositif contrôleur 11 est déterminée par les valeurs des résistances 41 à 44.
La résis tance 42 est étalonnée en fonction de la ten- sion .de sortie pour permettre-de régler facilement l'inducteur du chargeur, de façon à donner à la tension de sortie toute valeur désirée dans la gamme de fonctionnement du chargeur qui peut s'étendre par exemple entre 44 et 56 volts. Les résistances 41 et 44 sont rendues réglables pour as--surer la correspondance requise entre l'étalonnage de la résistance 42 -et la tension de sortie. Si l'on règle la résistance 42 selon la valeur nominale de la tension de sortie indiquée sur son échelle d'étalonnage, on règle les résistances 41 et 44 jusqu'à ce que le courant débité soit approximativement égal aux deux tiers de la capacité prévue du chargeur.
Des expériences ont permis de constater que la tension de sortie est maintenue avec une approximation en plus ou en moins de 2% de la valeur nominale désirée qui est déterminée par le réglage de la résistance 4.2.'pour toutes les charges comprises dans la capacité du chargeur même sil se produit dans la tension d'entrée et dans la fréquence des variations de 10% en plus ou en moins ou si les redresseurs sont vieux et moins efficaces. Des.charges supérieures à la capacité prévue du chargeur prennent le courant à la batterie et abaissent sa tension terminale, mais la batterie est rechargée jusqu'à la tension nominale désirée dès que la charge diminue jusqu'à une valeur comprise dans la capacité du chargeur.
Pour une charge à mi-régime, le courant qui passe dans les enroulements à courant continu de chacune des bobines 10 et 13 à 16 a une valeur à peu près égale à la moyenne arithmétique entre sa valeur minimum et sa valeur maximum quand l'impédance des enroulements à courant alternatif du dispositif contrôleur 11 se trouve approximativement à mi-distance entre sa valeur minimum et sa valeur maximum. Si la tension de sortie change par suite de variations survenant dans la tension d'entrée, dans le courant de charge ou pour d'autres causes, le flux magnétique net qui s'écoule dans les branches internes du dispositif contrôleur 11 varie de façon correspondante.
Ceci a une réper- cussion sur l'impédance des enroulements à courant alternatif bobinés sur ces mêmes branches dans le sens d'une variation de l'impédance-de la bobine 10 formant régulateur dans une direction apte à provoquer par la tension qui agit sur le transformateur 2 soit une augmentation suffisante, soit une diminution suffisante pour compenser la variation initiale.
La fourniture de courant alternatif à l'amplificateur à réastance peut être assurée, au besoin, directement par les bornes d'entrée du chargeur et peut comprendre un régulateur de tension alternative Mais les recherches qui ont conduit à l'invention ont permis de constater qu'on. obtient une régulation meilleur en alimentant l'amplificateur à réactance à partir du transformateur 7. En effet, la tension appliquée à ce transformateur augmente en même temps que la charge, ce qui assure un gain plus grand dans l'amplificateur à réactance pour des charges accrues. On obtient ainsi une plus grande variation de l'impédance de la bobine 10 formant régu-
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lateur pour une variation donnée de la charge.
Les détails de réalisation constructive de l'appareil peuvent être modifiés, sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques.
REVENDICATIONS.
1.- Système régulateur de tension avec circuit de charge caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de commande d'impédance pour régler la tension de charge du circuit de charge, et un aplificateur magnétique interconnectant un dispositif contrôleur et le circuit de commande d'impédan- ce, cet amplificateur réagissant aux variations survenant dans ce circuit de commande, et un enroulement à réaction couplé à ce circuit de commande d'impédance pour régir le fonctionnement de l'amplificateur magnétique, afin d'assurer une stabilité meilleure et de régler ledit système régulateur de tension.