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S.E.M, Société d'Electricité et de Mécanique (PROCEDAS THOMSON-HOUSTON,
VAN den KERCHOVE & CARELS) Société Anonyme, résidant à BRUXELLES.
SYSTEME D'ALIMENTATION DES CIRCUITS ELECTRIQUES DE VEHICULES.
La présente invention se rapporte aux systèmes d'alimentation des circuits électriques de véhicules et particulièrement de véhicules sur rails, et a pour objet un système entièrement statique dans lequel l'emploi de régulateurs mécaniquement variables est évité.
On a généralement recours pour l'éclairage des véhicules sur rails, et pour d'autres fonctions auxiliaires, à une dynamo entraînée direc- tement ou indirectement par un des essieux du véhicule ou par son moteur, tournant à une vitesse variable et à une batterie d'accumulateurs branchée aux bornes de cette dynamo dès que celle-ci donne une tension suffisante à l'alimentation des circuits d'utilisation. Tant que la vitesse de la dynamo est insuffisante pour donner cette tension, la connexion entre celle-ci et la batterie d'accumulateurs est coupée de manière à empêcher la batterie de se décharger dans la dynamo et pendant ce temps, la batterie est prête à alimenter seule les circuits d'utilisation.
Il faut, dans un tel système, que la dynamo donne à ses bornes une tension aussi constante que possible compatible avec l'état de charge de la batterie, autrement dit, la force électro-motrice de la dynamo doit être pratiquement indépendante de sa vitesse lorsque celle-ci varie entre certaines limites minimum et maximum.Ceci est obtenu dans les systèmes uti- lisés jusqu'à présent à l'aide de résistances variables mécaniquement ou de relais vibrants dans le circuit d'excitation de la dynamo, le courant d'ex- citation étant prélevé aux bornes mêmes de la machine et les variations de la résistance du circuit d'excitation commandées par des régulateurs du type électro-magnétique.
L'invention a pour but d'éviter l'utilisation de ces résistances variables et de ces régulateurs dont le réglage et l'entretien s'avèrent dif- ficiles et onéreux,
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Conformément à l'invention, il est prélevésur l'induit de la dynamo des tensions alternatives sinusoïdales mono ou polyphasées suscepti- bles d'alimenter le circuit d'excitation de celle-ci après redressement.
A cet effet, certains points du bobinage de l'induit sont connectés à des ba- gues fixées sur l'arbre de la dynamo et le courant alternatif recueilli sur ces bagues est réglé au moyen des selfs saturables ou, de préférence, au moyen d'amplificateurs magnétiques qui exigent une puissance moindre dans le circuit de saturation, de manière à fournir pour l'excitation de la dyna- mo un courant convenant # la marche de celle-ci en parallèle sur la batterie d'accumulateurs pour toutes les vitesses comprises entre une vitesse mini- mum de fonctionnement et une vitesse maximum.
On comprendra mieux les avantages et les caractéristiques nouvel- les de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple non limitatif et dans lequel : - la fig. 1 donne un schéma simplifié du système utilisant deux amplificateurs magnétiques en cascade, - la figo 2 donne, à titre indicatif, l'allure générale de la caractéristique à vide de la dynamo pour les vitesses limites de fonctionne- ment, - la figo 3 représente un système détecteur de la tension aux bornes de la dynamo constitué par un pont-Thyrites, - la figo 4 donne l'allure générale de la courbe de la tension fournie par le pont-Thyrites en fonction de la tension d'alimentation de ce dernier,
- la figo 5 représente le schéma électrique d'un premier étage d'amplificateurs magnétiques montés en push-pull, - la fig. 6 donne l'allure générale de la courbe caractéristi- que de ce premier étage d'amplification, - la fig. 7 représente un amplificateur magnétique alimentant di- rectement le circuit d'excitation de la dynamo, - la fig. 8 donne l'allure générale de la courbe caractéristique de cet amplificateur, - la fig. 9 représente le schéma général d'un système d'alimen- tation conforme à l'invention, comportant l'ensemble des dispositifs de sta- bilisation de celui-ci.
En se référant à la fig. 1 on remarquera que le système comporte essentiellement les 4 éléments suivants :
1- une dynamo D comportant : a) un collecteur à lames sur lequel frottent les balais B 1 et B 2 donnant la tension continue E de la dynamo. b) 2 bagues sur lesquelles frottent les balais collecteurs G 1 et C 2 du courant alternatif.
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c) un enroulement d rexcitatioal W 2.
2- un système détecteur de la différence entre la tension E de la dynamo et la tension El requise pour alimenter la charge, donnant un si- gnal sous forme d'une tension continue aux bornes C D dans un sens, ou dans l'autre sens suivant que cette différence est positive ou négative.
3- un ou plusieurs étages, éventuellement montés en cascade d'am- plificateurs magnétiques, de courant continu montés en pushpull, alimentés par la tension alternative prélevée sur les bagues C1-C2 de la dynamo, ampli- fiant le signal procuré par le détecteur défini sous 2.
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4- un ou plusieurs étages d'amplificateurs magnétiques de courant continu, éventuellement montés en cascades, alimentés comme les premiers par la tension alternative prélevée sur les bagues C1-C2 de la dynamo contrôlée par le courant de sortie de l'étage précédent, dont le dernier délivre à l'en- roulement d'excitation W2 de la dynamo, le courant nécessaire à son fonction- nement à la tension El pour les différentes vitesses de rotation.
On comprendra que lorsque la tension E de la dynamo dépasse ou est inférieure à la tension El nécessaire à l'alimentation du circuit d'uti- lisation, le courant d'excitation de la dynamo est diminué ou augmenté de manière à ramener la tension E de la dynamo à la valeur constante El, comme il apparaît sur la fig. 2, grâce à des variations de courant d'excitation comprises entre IeNl et IeN2 correspondant respectivement à la vitesse mini- mum (450 tr/min par exemple) et à la vitesse maximum (2400 tr/min par exem- ple) du véhicule, imposées pour la charge de la batterie.
La fig. 3 représente un système particulier de détection des différences entre la tension E de la dynamo et la tension El requise pour alimenter la charge. Ce système est constitué par un pont, appelé ci-après "Pont-Thyrites", dans les branches duquel R représente des éléments de ré- sistance ordinaire dont la valeur ohmique est indépendante du courant qui les traversent alors que Rt représente des éléments de résistance dont la valeur ohmique décroît rapidement lorsque l'intensité du courant qui les traversent augmente.
Avec un choix convenable de ces éléments, on obtient une ten- sion nulle entre les points CD du pont quand on y applique une tension bien définie entre les points X et Y. Soit El,. cette dernière tension qui par ailleurs est celle qui convient à l'alimentation de la charge.
Dans le cas où la tension E existant aux bornes B1-B2 de la dy- namo est supérieure ou inférieure à la tension El, il apparaît dans la dia- gonale CD du pont une tension EO dont la valeur est donnée par le-diagramme de la figure 4.
La fig. 5 représente le schéma électrique d'un étage d'amplifi- cateurs magnétiques de courant continu, montés en push-pull amplifiant les signaux donnés par le Pont-Thyrites. Ce type d'amplificateur a l'avantage de donner une caractéristique courant continu pratiquement indépendante de la tension d'alimentation en courant alternatif et peu dépendante de la fré- quence de cette tension.Cet amplificateur push-pull est alimenté par les conducteurs 5 et 6 connectés aux balais collecteurs de courant alternatif C1 et C2 de la dynamo D et il est contrôlé par le circuit S11 soumis à la tension EO apparaissant dans la branche CD du Pont-Thyrites.
Cet amplificateur push-pull débite dans les enroulements S21 et S22 qui sont deux enroulements de controlle principaux montés en opposition, de l'amplificateur magnétique de l'étage suivant, des courants Ia et Ib dont la différence des ampères nIa - mIb en fonction de la tension de contrôle EO est représentée par le diagramme de la fig. 6. Conformément aux propriétés des amplificateurs magnétiques montés en push-pull cette courbe est indépen- dante de la tension alternative des courants d'alimentation et peu dépendan- te de la fréquence N de ces courants.
La fig. 7 représente le schéma électrique d'un dernier étage am- plificateur magnétique de courant continu, contrôlé par le débit d'un étage précédent d'amplificateurs magnétiques montés en push-pull.
Cet amplificateur est également alimenté par les conducteurs 5 et 6 connectés aux balais collecteurs Cl et C2 de courant alternatif de la dynamo et débite dans l'enroulement d'excitation W2 de celle-ci.
Il résulte de ce qui précède que si la dynamo D, donne une ten- sion continue E égale à la tension El, requise dans le circuit d'utilisation, - aucune tension Eo n'apparaît aux bornes CD du Pont-Thyrites. La différence
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des ampères-tours nIa-mIb fournie par l'amplificateur push-pull pour le con- trôle de l'amplificateur de sortie est nulle, et ce dernier fonctionne au point Iel de sa caractéristique, c'est-à-dire fournit à l'enroulement d'ex- citation W2, de la dynamo D, l'intensité correspondant à la tension E1.
Si, par contre, E est/ou devient plus grand ou plus petit que El, la tension EO aux bornes du Pont-Thyrites devient négative, ou positive, la différence des ampères tours nIa et nIb fournie par l'amplificateur push- pull pour le controlle de l'amplificateur de sortie devient négative ou po- sitive et ce dernier fournit à l'enroulement d'excitation W2 de la dynamo une intensité plus faible ou plus grande que Iel, c'est-à-dire tendant à di- minuer ou à augmenter la tension E fournie par la dynamo.Les résistances réglables R7, R8 et R9 ont pour objet d'assurer le fonctionnement correct décrit ci-dessus. Gomme tout système asservi, le système tel que décrit ci- dessus aura une tendance à osciller autour de son point d'équilibre.
La figure 9 représente l'ensemble des éléments décrits ci-dessus auxquels sont ajoutés : un dispositif destiné à assurer l'alimentation des circuits d'utilisation en cas de tension insuffisante de la dynamo, un dis- positif destiné à exciter la dynamo à une tension initiale, dite d'amorçage, des dispositifs de stabilité dits antipompages, et, enfin, un dispositif limitant l'intensité de charge de la batterieo
En se référant à la figure 9, on remarquera un contacteur T com- mandé par la bobine de tension Tl et par la bobine de courant T2. Ce contac- teur tend à s'ouvrir lorsque la tension E de la dynamo est inférieure à la tension de la batterieo Cette action est renforcée par la bobine T2 quand le courant circule de la batterie d'accumulateurs vers la dynamo.
Lorsque ce contacteur T est ouvert, il isole le circuit d'utilisation et la batterie, de la dynamo et du système de réglage de celle-ci.Par contre, lorsque la tension E de la dynamo est égale ou supérieure à la tension de la batterie, le contacteur T est fermé.
On remarquera également un inverseur S commandé par une bobine SI, disposé et conçu de telle manière que lorsque la tension E fournie par la dynamo est insuffisante pour faire fonctionner le système régulateur, com- me décrit précédemment, l'enroulement d'excitation W2 est connecté aux bor- nes de la dynamo.
Dans ce cas, la dynamo s'excite comme une génératrice shunt ordi- naire et la force électro-motrice croit avec la vitesse. Lorsque la force ' lectro-motrice est suffisante pour faire fonctionner le système régulateur, elle change par l'action de SI la position de l'inverseur S et connecte l'en- roulement d'excitation W2 de la dynamo à la sortie du régulateur de tension.
Ce dernier fonctionne alors comme expliqué précédemment.
Pour empêcher l'annulation du flux inducteur pendant l'inversion un enroulement Wl à faible résistance, fermé sur lui-même, est bobiné sur les noyaux de l'enroulement d'excitation W2.
Ce dispositif d'amorçage peut cependant être évité quand le ma- gnétisme rémanent de la dynamo est maintenu par un choix adéquat des matériaux des inducteurs à une valeur telle que la force électro-motrice Er due à ce magnétisme rémanent à la vitesse minimum imposée pour la charge de la batte- rie est compatible avec le fonctionnement du régulateur.
Il faut à cet effet que
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NI étant la vitesse minimum de fonctionnement, N2 n " n maximum " n , EN la tension à fournir à la batterie quand celle-ci est complètement déchar- gée.
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Le système de stabilisation antipompage est constitué d'une part, par les enroulements de contrôle auxiliaires S12 et S23 bobinés sur les amplificateurs magnétiques de la même manière que les enroulements prin- cipaux S11 et S21-22-. Ces enroulements sont connectés aux bornes d'un en- roulement W3 bobiné sur les noyaux de l'enroulement d'excitation W2 de la dynamo de telle manière que les forces électro-motrices induites dans l'en- roulement W3 pendant les variations de régime modifient les ampères-tours de contrôle des amplificateurs magnétiques et amortissent ou empêchent les oscillationsoDes résistances variables RI et R2 peuvent être prévues pour développer cet effet au maximum.
Le système stabilisateur est complété d'autre part, par les en- roulements de contrôle auxiliaires S14 et S24 bobinés sur les amplificateurs magnétiques de la même manière que les enroulements principaux S11 et S21-22.
Ces enroulements sont connectés à la sortie du système régulateur et contre réaction. Un redresseur K peut être utilement branché aux bornes de ces en- roulements de manière à offrir aux forces électro-motrices induites dans W2, du fait du courant pulsatoire, un circuit de moindre impédance que le cir- cuit de sortie de l'amplificateur magnétique.
En outre un condensateur P peut être branché en série avec l'en- roulement S14, de manière à ne pas soumettre cet enroulement à la composante continue du courant d'excitation Ie, mais uniquement aux variations de ce dernier.
Le système régulateur est complété par un dispositif destiné à limiter le courant de charge de la batterie à une valeur convenable pour sa conservation.
A cet effet, la résistance R3 insérée dans le circuit de charge de la batterie est connectée à travers un redresseur M du type métallique à couche d'arrêt, à l'enroulement de contrôle auxiliaire S13 de l'amplifica- teur magnétique push-pull de telle manière qu'une différence de potentiel, fonction du courant de charge de la batterie, n'apparaît aux bornes de cet enroulement qu'à partir d'une certaine valeur de charge et l'action de cette différence de potentiel correspond, au point de vue fonctionnement du sys- tème régulateur, à une augmentation de la tension E de la dynamo.
On sait que la résistance d'un redresseur métallique à couche d'arrêt varie brusquement avec la tension qui lui est appliquée de telle manière que cette résistance est relativement grande pour les tensions infé- rieures à une tension critique alors que cette résistance est relativement petite pour les tensions supérieures.
La résistance R3 sera choisie de telle manière que, parcourue par le courant de charge maximum compatible avec la conservation de la bat- terie, le redresseur M fonctionne aux environs de cette tension critique.
On peut, sans sortir du cadre de l'invention, se dispenser du collecteur à lames de la dynamo et prélever sur ses bagues collectrices de courant alternatif de cette dernière non seulement le courant nécessaire à l'excitation comme décrit ci-dessus, mais encore le courant principal utili- sable après redressement aux points Bl et B2.
Bien qu'on ait décrit et représenté la forme préférée de réali- sation de l'invention, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à cette forme particulière donnée simplement à titre d'exemple et sans aucun carac- tère restrictif et que par conséquent toutes les variantes ayant même prin- cipe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.
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