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La prsente invention concerne des perfectionnements relatifs à des systèmes électriques d'alimentation, particulièrement ceux qu'on utilise avec un accumulateur sur des véhicules de chemin de fer pour l'éclairage, le-chauffage et/ou des appli- cations semblables. Les systèmes de cette espèce, dans lesquels l'énergie est prise aux essieux en mouvement des véhicules, posant des problèmes particuliers en ce qui concerne leur régulation.
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Un des buts de l'invention est de proposer un système de ladite espèce, dans lequel une régulation efficace est obtenue par. unmoyen simple et, en particulier, sans la nécessité d'utiliserdès régulateurs comportant des pièces mobiles.,
Selon l'invention, un système électrique d'alimentation, en particulier un système d'alimentation de véhicule de chemim de fer de l'espèce 'susdite, comprend une génératrice agencée pour produire un courant alternatif d'où le courant d'excitation;
de la génératrice est obtenu par redressement, et un régulateur dudit courant(l'excitation, comprenant un réacteur saturable polarisé par un aimant permanent tendant à produire la saturation dans une ou plusieurs branches du réacteur, un enroulement parcouru par ledit courant alternatif et un enroulement parcouru par un courant de réglage tendant à désaturer ladite ou lesdites bran, ches. En* plus de l'excitation ainsi réglée, la génératrice peut aussi être pourvue d'une excitation série.
La génératrice peut être simplement un alternateur ou elle peut consister en une génératrice de courant continu adaptée ou pourvue d'un moyen pour produire le courant alternatif d'où est pris le courant d'excitation.
Le réacteur saturable peut être un simple réacteur comportant les enroulements principaux susdits. Toutefois, il peut être pourvu d'un ou de plusieurs enroulements supplémentaires à courant continu, parcourus par le courant de la génératrice et/ou le courant d'éclairage et/ou le courant d'accumulateur dans le cas d'un système d'éclairage de train, enroulements qui peuvent s'ajouter ou s'opposer au courant de l'enroulement principal'à courant continu, de manière à diminuer ou à augmenter la tension réglée. Il peut être en outre pourvu à l'introduction d'un effet de feed-bac et/ou d'un effet d'amplification, selon ce qui est requis.
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Diverses manières de mettre l'invention en oeuvre vont maintenant être décrites plus en détail à titre d'exemple et en se référant aux dessins schématiques annexés.
La figure 1 est un schéma du circuit d'un système, d'ali- mentation.
La figure 2 est une représentation schématique d'un réac- teur saturable.
La. figure 3 est un schéma de circuit représentant une variante applicable au système de la figure 1.
La figure 4 est une représentation schématique d'une variante de réacteur.
La figure 5 est un schéma de circuit, représentant un dispositif de compensation de fréquence.
Dans le système de la figure 1, la génératrice est un alternateur triphasé 1 qui alimente un accumulateur 2 par l'in- termédiaire d'un redresseur triphasé principal 3, de même, s'il est requis, qu'une charge d'éclairage ou autre, par exemple d'un système d'éclairage de train. L'excitation pour les enroulements shunt 4 de l'alternateur est prise aux bornes de deux phases de 'alternateur par l'intermédiaire d'un pont redresseur 5. L'exci- tation série par un enroulement 4a, si elle est requise, peut être prise au côté courant continu du redresseur principal 3, comme le montre le dessin.
L'alternateur 1 est réglé par un réacteur saturable 6 influençant le courant alternatif d'où est prise l'excitation shunt. Comme le montre la figure 2, le réacteur comprend deux branches terminales 7 dont chacune porte des parties d'enroule- ments divisés, et deux branches intermédiaires 8 entre lesquelles est disposé.l'aimant permanent de polarisation 9, les intervalles d'air situés à un bout d'une branche intermédiaire et à l'autre bout de l'autre branche intermédiaire, étant bouchés de déflec- teurs de laiton 10. L'aimant permanent est agencé pour saturer les branches terminales 7 du réacteur. L'enroulement divisé de
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courant alternatif 11 du réacteur est agencé pour acheminer le courant alternatif susdit.
L'enroulement divisé principal de réglage 12, qui est agencé pour s'opposer et pour neutraliser partiellement la polarisation de saturation de l'aimant permanent 9, est connecté aux bornes de l'accumulateur de manière à être influencé proportionnellement à la tension de chargement de l'accumulateur. Dans ce cas, on obtient une simple régulation de la tension par le réglage de l'excitation de l'alternateur et on peut produire une caractéristique de tension constante. Une résistance série réglable (à coefficient de température négligeable) 13 est représentée comme connectée en série avec l'enroulement de réglage 12.
Pour faciliter l'intelligence du fonctionnement du réacteur, la figure 2 indique les polarités et les parcours des flux magnétiques. Les lignes en pointillé indiquent les parcours du flux de l'aimant permanent 9 lorsque l'enroulement de réglage 12' n'est pas excité. Le noyau de l'enroulement 11 est alors saturé
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t<jt-. fatttf - .M. tf ' . et présente, de ce fait, Une faible impédance. L'enroulement 12 est agencé pour produire, lorsqu'il est excité, un flux qui s'oppose au flux de l'aimant permanent dans les branches 7. Si l'on envisage l'état final, dans lequel l'excitation de l'enroulement 12 donne lieu à l'élimination du flux des branches 7, le flux de l'aimant permanent est complètement dévié vers les parcours représentés en chaînette.
Dans ce cas ,l'enroulement 11 a une impédance élevée.'Les intervalles d'air sont nécessairement tels que ces derniers parcours, représentés en chaînette, soient aisé, ment acceptés par le flux de l'aimant permanent sans que l'enrou- lement 12 ait à produire une force magnéto-motrice excessive. Si les intervalles sont trop grands, il faut un nombre d'ampèrestours excessif pour l'enroulement 12 et s'ils sont trop petite, il n'y aura pas assez de flux de l'aimant permanent 9 pour saturer les branches 7.
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Comme l'indique la figure 1, un enroulement de réglage supplémentaire de courant continu 14 peut être prévu pour s'ajou- ter ou pour s'opposer à l'enroulement de réglage principal, par exemple pour obtenir une caractéristique compound de la généra- trice 1. Un tel enroulement peut être parcouru par le courant sortant ce la génératrice, le courant de l'accumulateur ou le courant de charge d'éclairage, ou bien on peut utiliser des en- roulements parcourus par deux ou plusieurs de ces courants. L'a- gencement peut être de nature à élever ou à abaisser le niveau de la tension,réglée. L'élévation ou l'abaissement de la tension réglée peut aussi être effectuéén court-circuitant une'partie de la résistance 13 lorsqu'on ferme un interrupteur de charge du système, en particulier un interrupteur de charge d'éclairage.
Un relais ou un interrupteur d'isolement peut être agen- cé pour isoler l'accumulateur 2,ou bien l'accumulateur et une autre charge, vis-à-vis du redresseur principal 3 lorsque l'accu- mulateur n'est pas en voie d'être chargé par la génératrice 1, ce qui évite un lent épuisement de l'accumulateur, qui se produit autrement lorsque l'appareillage est au repos.'Un dispositif con- venable à relais est représenté figure 3, dans lequel l'enroule- ment de relais 15 est connecté par l'intermédiaire de son propre pont redresseur 16 aux bornes de deux phases de l'alternateur 1, alors que ses contacts principaux 17 sont connectés entre le redresseur principal 3 et l'accumulateur 2.
Une charge d'éclaira- ge 18 est agencée convenablement pour être alimentée par ce qu'on appelle une résistance d'éclairage 19 et le relais est pourvu de contacts auxiliaires 20, 20a pour déplacer le raccordement de l'enroulement de réglage 12 des bornes du réseau d'éclairage aux bornes de sortie du redresseur principal 3 lorsque les contacts principaux 17 sont ouverts. Avec cet agencement, le régulateur -- répond normalement à la tension d'éclairage et règle cette dernier
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et répond à la tension de sortie du redresseur 3 et règle cette dernière, ce qui évite les dommages dus à la surtension si le relais manque à fonctionner et à fermer ses contacts 17.
La résistance d'éclairage 19 est court-circuitée, lorsque l'accumulateur n'est pas en voie de chargement, par un contact 19a actionné par un enroulement de relais 19b, connecté aux bornes du même redresseur 16 que l'enroulement de relais 15.
On peut pourvoir à l'introduction dans le réacteur d'un effet de feed-back ou d'un effet d'amplification ou des deux.
Pour un effet.de feed-back, comme le montre la figure 4, les deux parties de l'enroulement de courant alternatif 11 peuvent être connectées, en parallèle entre elles, à des redresseurs 21 à une alternance, disposés en série avec les parties respectives de manière à ne permettre le passage, par ces parties, que des alternances qui produisent un flux qui s'ajoute au flux de l'aimant permanent. Un effet d'amplification peut être produit par un enroulement 22 disposé, comme le montre la figure 1, dans le circuit de l'enroulement shunt 4 du côté à courant continu du pont redresseur 5.
On peut pourvoir, s'il est requis, à la .compensation des variations de fréquence dues aux variations de la vitesse de la génératrice. Comme le montre la figure 5, une.telle compensation peut être assurée en divisant le nombre total d'ampères-tours de réglage principal entre deux sections 12a et 12b 'et en alimentant une section, 12a, directement et l'autre section, 12b, par une self 23 et un dresseur 24. Cet agencement fait que le nombre total d'ampères-tours de réglage diminue avec l'augmentation de la fréquence,- ce qui produit l'effet de compensation voulu sur la tension réglée. La figure 5 représente une telle compensation appliquée à un système comportant un alternateur monophasé 1, l'agencement étant autrement semblable à celui de la figure 1.
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Les sens des flux magnétiques produits par les divers enroulements sont indiqués par les flèches, figure'5.
Au lieu d'un alternateur, on peut faire usage d'une génératrice de courant continu ayant .des points de prise sur son enroulement d'induit, points par le quels on prend, à l'aide de bagues collectrices, un courant alternatif d'où est prise l'exci- 'tation. Dans une variante, une génératrice de courant continu peut être pourvue d'un enroulement de face polaire dans lequel la rotation de l'induit denté produit un courant alternatifde haute fréquence, l'excitation étant prise à ce courant de haute fréquence. Finalement, on peut faire usage d'une génératrice ayant une excitation séparée de courant alternatif..Lorsqu'on fait usage d'une génératrice de courant continu, on peut se passer du redressseur principal 3. Un appareil de commutation de mise en circuit est toutefois requis..
REVENDICATIONS
1. Système électrique d'alimentation, en particulier, système d'alimentation de véhicule de chemin de fer de l'espèce susdite, comprenant une génératrice agencée pour produire un courant alternatif d'où le courant d'excitation de la génératrice est obtenu par redressement, et un régulateur dudit'courant d'exci' tation, comprenant un réacteur saturable polarisé par un aimant permanent tendant à produire la saturation dans une ou plusieurs branches du réacteur, un enroulement parcouru par ledit courant alternatif et un enroulement parcouru par un courant de réglage tendant à désaturer ladite ou lesdites branches.
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The present invention relates to improvements in electrical power systems, particularly those for use with an accumulator on railway vehicles for lighting, heating and / or the like. Systems of this kind, in which energy is taken from the moving axles of vehicles, pose particular problems as regards their regulation.
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One of the aims of the invention is to provide a system of said species, in which efficient regulation is obtained by. a simple means and, in particular, without the need to use regulators with moving parts.,
According to the invention, an electrical power supply system, in particular a power supply system for a railway vehicle of the aforementioned species, comprises a generator arranged to produce an alternating current from which the excitation current;
of the generator is obtained by rectification, and a regulator of said current (the excitation, comprising a saturable reactor polarized by a permanent magnet tending to produce saturation in one or more branches of the reactor, a winding through which said alternating current flows and a winding through which a regulating current tends to desaturate said branch or branches In addition to the excitation thus regulated, the generator can also be provided with a series excitation.
The generator may simply be an alternator or it may consist of a direct current generator adapted or provided with a means for producing the alternating current from which the excitation current is taken.
The saturable reactor can be a simple reactor comprising the above-mentioned main windings. However, it can be provided with one or more additional direct current windings, carried by the current of the generator and / or the lighting current and / or the accumulator current in the case of a system. train lighting, windings which can add to or oppose the current of the main DC winding, so as to decrease or increase the set voltage. It can be further provided with the introduction of a feed-bac effect and / or an amplifying effect, as required.
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Various ways of carrying out the invention will now be described in more detail by way of example and with reference to the accompanying schematic drawings.
Figure 1 is a circuit diagram of a power supply system.
Figure 2 is a schematic representation of a saturable reactor.
Figure 3 is a circuit diagram showing a variation applicable to the system of Figure 1.
FIG. 4 is a schematic representation of a variant of the reactor.
Fig. 5 is a circuit diagram, showing a frequency compensation device.
In the system of figure 1, the generator is a three-phase alternator 1 which supplies an accumulator 2 via a main three-phase rectifier 3, as well, if required, a lighting load or the like, for example a train lighting system. The excitation for the shunt windings 4 of the alternator is taken at the terminals of two phases of the alternator via a rectifier bridge 5. The series excitation by a winding 4a, if required, can be taken from the DC side of the main rectifier 3, as shown in the drawing.
The alternator 1 is regulated by a saturable reactor 6 influencing the alternating current from which the shunt excitation is taken. As shown in figure 2, the reactor comprises two end branches 7, each of which carries parts of divided windings, and two intermediate branches 8 between which is arranged the permanent polarization magnet 9, the air gaps located at one end of an intermediate branch and at the other end of the other intermediate branch, being plugged with brass deflectors 10. The permanent magnet is arranged to saturate the terminal branches 7 of the reactor. The divided winding of
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alternating current 11 of the reactor is arranged to carry the aforesaid alternating current.
The main tuning split winding 12, which is arranged to oppose and to partially neutralize the saturation bias of the permanent magnet 9, is connected across the battery so as to be influenced in proportion to the charging voltage. of the accumulator. In this case, simple voltage regulation is achieved by adjusting the excitation of the alternator and a constant voltage characteristic can be produced. An adjustable series resistor (with negligible temperature coefficient) 13 is shown as connected in series with the adjustment winding 12.
To facilitate the intelligence of the operation of the reactor, figure 2 indicates the polarities and the paths of the magnetic fluxes. The dotted lines indicate the paths of the flux of the permanent magnet 9 when the regulating winding 12 'is not energized. The core of winding 11 is then saturated
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t <jt-. fatttf - .M. tf '. and therefore has a low impedance. The winding 12 is arranged to produce, when excited, a flux which opposes the flux of the permanent magnet in the branches 7. If one considers the final state, in which the excitation of the The winding 12 results in the elimination of the flux from the branches 7, the flux of the permanent magnet is completely deviated towards the paths shown in chain.
In this case, the winding 11 has a high impedance. The air gaps are necessarily such that these last paths, represented in a chain, are easily accepted by the flux of the permanent magnet without the winding. Lement 12 has to produce an excessive magneto-motive force. If the gaps are too large, an excessive number of ampere-turns is required for winding 12, and if they are too small, there will not be enough flux from permanent magnet 9 to saturate branches 7.
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As shown in Figure 1, an additional direct current regulating winding 14 may be provided to add to or oppose the main regulating winding, for example to achieve a compound characteristic of the general. 1. Such a winding can be traversed by the current coming out of the generator, the current from the accumulator or the lighting charge current, or else it is possible to use windings carried by two or more of these currents. The arrangement may be such as to raise or lower the level of the voltage, regulated. Raising or lowering the set voltage can also be done by shorting part of resistor 13 when closing a system load switch, particularly a light load switch.
An isolation relay or switch can be arranged to isolate the accumulator 2, or the accumulator and another load, from the main rectifier 3 when the accumulator is not in operation. way of being charged by the generator 1, which avoids a slow depletion of the accumulator, which otherwise occurs when the apparatus is at rest. A suitable relay device is shown in FIG. 3, in which the Relay winding 15 is connected via its own rectifier bridge 16 to the terminals of two phases of alternator 1, while its main contacts 17 are connected between main rectifier 3 and accumulator 2.
A lighting load 18 is suitably arranged to be supplied by a so-called lighting resistor 19 and the relay is provided with auxiliary contacts 20, 20a to move the connection of the setting winding 12 from the terminals. from the lighting network to the output terminals of the main rectifier 3 when the main contacts 17 are open. With this arrangement, the regulator - normally responds to the lighting voltage and adjusts the lighting voltage.
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and responds to the output voltage of rectifier 3 and adjusts the latter, which prevents damage due to overvoltage if the relay fails to operate and close its contacts 17.
The lighting resistor 19 is short-circuited, when the accumulator is not being charged, by a contact 19a actuated by a relay winding 19b, connected to the terminals of the same rectifier 16 as the relay winding 15 .
It is possible to provide for the introduction into the reactor of a feedback effect or an amplification effect or both.
For a feedback effect, as shown in figure 4, the two parts of the alternating current winding 11 can be connected, in parallel with each other, to alternating rectifiers 21, arranged in series with the parts. respective so as to allow the passage, through these parts, only of alternations which produce a flux which is added to the flux of the permanent magnet. An amplifying effect can be produced by a winding 22 disposed, as shown in Fig. 1, in the circuit of the shunt winding 4 on the DC side of the rectifier bridge 5.
Compensation for variations in frequency due to variations in generator speed can be provided, if required. As shown in figure 5, such compensation can be provided by dividing the total number of main control ampere-turns between two sections 12a and 12b 'and feeding one section, 12a, directly and the other section, 12b. , by an inductor 23 and a trainer 24. This arrangement causes the total number of tuning ampere-turns to decrease with increasing frequency, - which produces the desired compensation effect on the set voltage. FIG. 5 represents such a compensation applied to a system comprising a single-phase alternator 1, the arrangement being otherwise similar to that of FIG. 1.
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The directions of the magnetic fluxes produced by the various windings are indicated by the arrows, figure'5.
Instead of an alternator, use can be made of a direct current generator having tap points on its armature winding, points through which one takes, by means of slip rings, an alternating current of where the excitation is taken. Alternatively, a direct current generator may be provided with a pole face winding in which the rotation of the toothed armature produces a high frequency alternating current, the excitation being taken at this high frequency current. Finally, one can make use of a generator having a separate excitation of alternating current. When using a direct current generator, one can dispense with the main rectifier 3. A switching device is used. however required ..
CLAIMS
1. Electric power supply system, in particular, power supply system for a railway vehicle of the aforesaid kind, comprising a generator arranged to produce an alternating current from which the excitation current of the generator is obtained by rectifier, and a regulator of said excitation current, comprising a saturable reactor polarized by a permanent magnet tending to produce saturation in one or more branches of the reactor, a winding carried by said alternating current and a winding carried by a current adjustment tending to desaturate said branch or branches.