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BREVET D'INVENTION
Société Anonyme
ATELIERS DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES
DE CHARLEROI (ACEC) résidant à Bruxelles DISPOSITIF DE CORRECTION AUTOMATIQUE DU FACTEUR DE
PUISSANCE.
(Invention: Monsieur A. SCHIRMAN)
La présente invention se rapporte à un dispositif destiné à commander un appareillage d'enclenchement et de déclenchement successifs de condensateurs'en parallèle sur une installation ou le réglage du courant d'excitation d'une machine synchrone en parallèle sur cette installation de ma. nière à ramener automatiquement le facteur de puissance in- ductif ou capacitif de celle-ci à une valeur fixe choisie d'avance.
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Le dispositif suivant l'invention exploite le fait que l'amplitude de la composante déwattée d'un courant alter- natif est égale à la valeur instantanée de ce courant au mo- ment où la tension passe par zéro, et que ce courant a, à ce moment, un sens ou l'autre suivant qu'il est déphasé en arri- ère ou en avant sur la tension. En effet, la tension aux bornes d'une utilisation Inductive monophasée évoluant en fonction du temps suivant la loi e - E sin # t, 1!expression du courant est i = I sin (# t - #) La tension e passe par zéro au temps t - o et, à ce moment, la valeur instantanée du courant est io = - I sin # c'est-à-dire qu'elle est égale à l'amplitude de la composante déwattée du courant,-avec le signe moins.
On trouverait faci- lement de même que, dans le cas d'une charge capacitive, la valeur instantanée du courant au temps t - o est égale à l'amplitude de la composante déwattée de celui-ci, avec le signe plus.
Le dispositif suivant l'invention effectue la me- sure de la valeur instantanée du courant, en grandeur et en signe, au moment où la tension passe par zéro, et agit subsé- quemment sur les organes de compensation pour ramener le fac- . teur de puissance à la valeur choisie. Il est caractérisé en ce qu'il comprend un générateur d'impulsions courtes, syn- chrones avec la tension du réseau et de phase fixe, éventu- ellement ajustable, par rapport à celle-ci, deux relais
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électroniques et des moyens pour rendre sensibles ces deux relais électroniques, au moment où se produit l'impulsion courte d'une polarité choisie, à la valeur instantanée du courant de ligne, l'un pour un sens de ce courant, l'autre pour le sens inverse.
La description ci-après et les dessins annexés se rapportent à des exemples particuliers de réalisation de : l'invention.
La fig, 1 montre schématiquement un dispositif des- tiné à corriger le facteur de puissance d'une installation, non représentée, alimentée à partir d'une ligne monophasée 1 et en parallèle avec laquelle peuvent être branchés des con-. densateurs 2, 3, 4,..... En série avec la ligne d'alimenta- tion 1 sont disposés deux transformateurs de courant 5 et 6 dont les secondaires, chargés par des résistances 7 et 8, alimentent des potentiomètres 9 et 10, shuntés par des con- densateurs 11 et 12, à travers des thyratrons solides res- pectifs 13 et 14.
Les tensions fournies par les secondaires des trans- formateurs 5 et 6 sont de phases opposées pour les thyratrons 13 et 14. Aux électrodes de commande de ceux-ci est appliquée simultanément, à chaque période, une impulsion de déblocage fournie par un circuit 15 alimenté par la ligne 1 à travers un circuit déphaseur 16 permettant de régler la phase de ces impulsions de déblocage.
A la fig. 2, on a représenté, en fonction du temps, en I l'évolution du courant de l'utilisation, c'est-à-dire de
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la tension fournie par le secondaire du transformateur 5 au thyratron,13 et en U celle de la tension de la ligne 1. D et D' représentent les impulsions délivrées par le circuit 15, dont seule D est utile. Ces impulsions sont ici réglées en phase pour qu'elles se produisent aux passages par zéro de la tension U. La tension I est telle qu'elle a le sens de conduction du thyratron 13 lorsque sa courbe est en-dessous de l'axe des temps; l'impulsion D débloque donc celui-ci qui conduit pendant le temps correspondant à l'aire hachurée.
Il apparaît ainsi aux bornes du condensateur 11 une tension continue moyenne qui est appliquée au potentiomètre 9. Celui- ci permet d'ajuster la tension appliquée à l'entrée d'un relais électronique 17, par exemple une bascule fonctionnant à partir d'un certain seuil, qui alimente un relais 18 dont les contacts mettent en marche un appareillage 19 comprenant, par exemple, un moteur actionnant des cames à contacts, qui détermine l'enclenchement successif des condensateurs 2, 3, 4..... sur la ligne 1. A chaque condensateur enclenché, la phase du courant I se rapproche de celle de la tension U et lorsqu'elle est telle que la tension d'entrée du circuit 17 est devenue suffisamment basse pour faire relâcher le relais 18, l'appareillage 19 s'arrête.
Si, par la suite, la charge devient trop capacitive, le courant I est en avance sur la tension U et c'est le thyratron 14 qui est débloqué par l'im- pulsion D, provoquant, par l'intermédiaire d'un circuit 20 et d'un relais 21, le fonctionnement en sens inverse de l'appa- reillage 19 qui débranche successivement les condensateurs
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de compensation jusqu'à ce que la phase du courant se soit suffisamment rapprochée de celle de la tension.
On pourrait utiliser, dans chacun des circuits se- condaires des transformateurs de courant, deux thyratrons en opposition au lieu d'un seul pour obtenir une tension moyenne redressée plus importante; on pourrait aussi envisager de commander, par les impulsions fournies par les thyratrons 13 et 14 des redresseurs à thyratrons alimentés à partir de la ligne 1 et alimentant, chacun pour un sens de rotation, le moteur de l'appareillage 19.
La fig.3 montre une autre forme de réalisation d'un dispositif de correction du facteur de puissance d'une ins- tallation. Sur cette figure, les éléments analogues à ceux de la fig.l sont désignés par les mêmes chiffres de référence.
Dans ce dispositif, les secondaires des transfor- mateurs 5 et 6 débitent sur des potentiomètres 22 et 23 qui alimentent des circuits respectifs comprenant, le premier, une diode ordinaire 24, une diode Zener 25 et une résistance 26 et le second, une diode ordinaire 27, une diode Zener 28 et une résistance 29. Les phases des tensions secondaires des transformateurs 5 et 6 sont opposées de sorte que les tensions respectives aux bornes des résistances 26 et 29 apparaissent alternativement pendant les alternances successives du courant de ligne et ce, à partir d'un certain niveau à cause de la présence des diodes Zener.
La tension aux bornes de la résistance 26 est appli- quée entre la base et l'émetteur d'un transistron 30 dont la
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tension aux bornes de la résistance de collecteur 31 est appliquée à, l'électrode de commande d'un thyratron solide 32 alimentant un relais 33 par une source de tension continue 34.
La tension aux bornes de la résistance 29 intéresse un circuit de constitution identique comprenant un transis- tron 35 dont la tension aux bornes de la résistance de col lecteur 36 débloque un thyratron 37 alimentant un relais 38.
Les deux transistrons 30 et 35 sont alimentés par la source 34 à travers un transistron commun 39 qui est rendu périodiquement conducteur par les impulsions courtes issues du générateur 15 et dont la phase est ajustable au moyen du déphaseur 16. On suppose que ces impulsions se produisent aux passages par zéro de la tension de la ligne 1; elles sont désignées par D et D' à la fig. 4 qui représente également l'évolution en fonction du temps des autres tensions interve- nant dans le fonctionnement du dispositif. L'impulsion D est la seule utile.
Le fonctionnement est le suivant : onsuppose
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que 1, cour.M<: de J.'vna,llat3.on, qui était pratiquement en phase ::;; '1 i:nBi()r, '; de la ligne 1, prend tout-à-coup un certain déphasage en arrière comme le montre la fig.4 où la courbe I représente la tension, proportionnelle au courant, fournie par le potentiomètre 22. A cause de la présence de la diode Zener 25, la tension qui rend conducteur le transistron 30 n'apparat! aux bornes de la résistance 26 qu'après avoir dépassé un seuil e, c'est-à-dire dans l'intervalle de temps correspondant à l'aire hachurée.
Comme l'impulsion D se pro- duit pendant cet intervalle de temps, et qu'elle rend conduc- teur, pendant sa durée, le transistron 39, une impulsion F
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q '2fi flÎ$'¯ 'II V . apparaît aux bornes de la résistance 31 et débloque le thyra- tron 32. Le relais 33 s'excite et commande, par ses contacts, un contacteur qui branche un condensateur supplémentaire, 2 par exemple, en parallèle sur l'installation. Ce contacteur est muni de contacts auxiliaires temporisés qui ouvrent le circuit du relais 33 et le referment ensuite de sorte que le thyratron 32 revient à l'état non conducteur; le contacteur
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s'est en m . t et,er ar un contact de maintien et a préparé, pr ic6n;t auxiliaire temporisé , l'enclen- chement du ço,teu,coraâensateur suivant.
L'enclenchement dû' condensateur 2 a réduit le dé- phasage entre le'courant et la tension. Si cette réduction
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est sUffi3antè'éJsd1re si l'impulsion D tombe en dehors
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de la zone hachured'la fig.4, rien d'autre ne se passe. Si la réduction n'es't sutfàéante, le même processus se répète et un seaondTonttsâ-teu est enclenché.
Le potentiomètre 22 est ajusté de façon que le seuil
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e correapôn$Î'à9iÉiÀµÉéîâo$j$ réglage. Si le déphasage du cou-
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rant passe e -aé¯c'est glautre relais électronique qui fonctionne, de la meme façon que le premier, mais en débran-
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chant les eô' au ,da.ns 1 ordre inverse de celui dans lequel 1lâ-' . " t"-f\"''';''-J....... " m6h. 1 On peut, bien entendu, imaginer d'autres formes de
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réa11BatiOri'8nsst'dÙ cadre de la présente invention.
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PATENT
Anonimous society
ELECTRICAL CONSTRUCTION WORKSHOPS
DE CHARLEROI (ACEC) residing in Brussels AUTOMATIC CORRECTION DEVICE OF THE FACTOR OF
POWER.
(Invention: Mr. A. SCHIRMAN)
The present invention relates to a device intended to control an apparatus for successive switching on and off of capacitors in parallel on an installation or the regulation of the excitation current of a synchronous machine in parallel on this installation of ma. necessary to automatically reduce the inductive or capacitive power factor thereof to a fixed value chosen in advance.
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The device according to the invention exploits the fact that the amplitude of the wattage component of an alternating current is equal to the instantaneous value of this current at the moment when the voltage passes through zero, and that this current has, at this moment, one direction or the other depending on whether it is out of phase backwards or forwards on the voltage. Indeed, the voltage at the terminals of a single-phase inductive use evolving as a function of time according to the law e - E sin # t, 1! Expression of the current is i = I sin (# t - #) The voltage e passes through zero at time t - o and, at this moment, the instantaneous value of the current is io = - I sin # that is to say that it is equal to the amplitude of the devatted component of the current, -with the sign less.
Likewise, it would be easy to find that, in the case of a capacitive load, the instantaneous value of the current at time t - o is equal to the amplitude of the devatted component thereof, with the plus sign.
The device according to the invention measures the instantaneous value of the current, in magnitude and in sign, at the moment when the voltage passes through zero, and subsequently acts on the compensation members to restore the fac-. power to the chosen value. It is characterized in that it comprises a generator of short pulses, synchronous with the network voltage and of fixed phase, possibly adjustable, with respect to the latter, two relays
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electronics and means for making these two electronic relays sensitive, at the moment when the short pulse of a chosen polarity occurs, to the instantaneous value of the line current, one for one direction of this current, the other for the opposite direction.
The following description and the accompanying drawings relate to specific embodiments of: the invention.
FIG, 1 schematically shows a device intended to correct the power factor of an installation, not shown, supplied from a single-phase line 1 and in parallel with which can be connected con-. densators 2, 3, 4, ..... In series with the supply line 1 are arranged two current transformers 5 and 6, the secondaries, loaded by resistors 7 and 8, supply potentiometers 9 and 10 , shunted by capacitors 11 and 12, through solid thyratrons 13 and 14 respectively.
The voltages supplied by the secondaries of transformers 5 and 6 are of opposite phases for thyratrons 13 and 14. To the control electrodes of these is applied simultaneously, at each period, an unblocking pulse supplied by a circuit 15 supplied. via line 1 through a phase shifter circuit 16 making it possible to adjust the phase of these unblocking pulses.
In fig. 2, there is shown, as a function of time, in I the evolution of the current of use, that is to say of
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the voltage supplied by the secondary of transformer 5 to the thyratron, 13 and in U that of the voltage of line 1. D and D 'represent the pulses delivered by circuit 15, of which only D is useful. These pulses are here adjusted in phase so that they occur at zero crossings of the voltage U. The voltage I is such that it has the direction of conduction of the thyratron 13 when its curve is below the axis of time; the pulse D therefore unlocks the latter which leads during the time corresponding to the hatched area.
There thus appears at the terminals of the capacitor 11 an average direct voltage which is applied to the potentiometer 9. This makes it possible to adjust the voltage applied to the input of an electronic relay 17, for example a flip-flop operating from a certain threshold, which supplies a relay 18 whose contacts start an apparatus 19 comprising, for example, a motor actuating cams with contacts, which determines the successive engagement of capacitors 2, 3, 4 ..... on the line 1. With each capacitor switched on, the phase of current I approaches that of voltage U and when it is such that the input voltage of circuit 17 has become sufficiently low to release relay 18, the switchgear 19 stops.
If, subsequently, the load becomes too capacitive, the current I is ahead of the voltage U and it is the thyratron 14 which is released by the pulse D, causing, through a circuit 20 and a relay 21, operation in the opposite direction of the apparatus 19 which successively disconnects the capacitors
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compensation until the phase of the current is sufficiently close to that of the voltage.
One could use, in each of the secondary circuits of the current transformers, two thyratrons in opposition instead of just one to obtain a higher average rectified voltage; one could also consider controlling, by the pulses supplied by thyratrons 13 and 14, thyratron rectifiers supplied from line 1 and supplying, each for one direction of rotation, the motor of the apparatus 19.
Fig. 3 shows another embodiment of a device for correcting the power factor of an installation. In this figure, elements similar to those of fig.l are designated by the same reference numerals.
In this device, the secondaries of transformers 5 and 6 output to potentiometers 22 and 23 which supply respective circuits comprising, the first, an ordinary diode 24, a Zener diode 25 and a resistor 26 and the second, an ordinary diode. 27, a Zener diode 28 and a resistor 29. The phases of the secondary voltages of transformers 5 and 6 are opposed so that the respective voltages at the terminals of resistors 26 and 29 appear alternately during the successive half-waves of the line current and this, at from a certain level due to the presence of Zener diodes.
The voltage across resistor 26 is applied between the base and the emitter of a transistron 30 whose
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voltage across the collector resistor 31 is applied to the control electrode of a solid thyratron 32 supplying a relay 33 by a direct voltage source 34.
The voltage at the terminals of resistor 29 concerns a circuit of identical constitution comprising a transistor 35 whose voltage at the terminals of the read neck resistor 36 unlocks a thyratron 37 supplying a relay 38.
The two transistrons 30 and 35 are fed by the source 34 through a common transistron 39 which is periodically made conductive by the short pulses coming from the generator 15 and whose phase is adjustable by means of the phase shifter 16. It is assumed that these pulses occur. at zero crossings of the voltage of line 1; they are designated by D and D 'in FIG. 4 which also represents the change over time of the other voltages involved in the operation of the device. The D pulse is the only useful one.
The operation is as follows: onsuppose
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that 1, cour.M <: de J.'vna, llat3.on, which was practically in phase :: ;; '1 i: nBi () r,'; of line 1, suddenly takes a certain phase shift backwards as shown in fig. 4 where curve I represents the voltage, proportional to the current, supplied by the potentiometer 22. Due to the presence of the Zener diode 25, the voltage which makes transistron 30 conductive does not appear! across resistor 26 only after having exceeded a threshold e, that is to say in the time interval corresponding to the hatched area.
Since the pulse D occurs during this time interval, and as it makes transistron 39 conductive during its duration, a pulse F
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q '2fi flÎ $' ¯ 'II V. appears at the terminals of the resistor 31 and unlocks the thyra- tron 32. The relay 33 is energized and controls, through its contacts, a contactor which connects an additional capacitor, 2 for example, in parallel with the installation. This contactor is provided with time-delayed auxiliary contacts which open the circuit of relay 33 and then close it again so that thyratron 32 returns to the non-conductive state; the contactor
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is in m. t and, er ar a maintenance contact and has prepared, pr ic6n; t timed auxiliary, the engagement of the following ço, teu, coraâensateur.
Turning on capacitor 2 reduced the shift between current and voltage. If this reduction
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is sufficient if the D pulse falls outside
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of the hatch area in fig. 4, nothing else happens. If the reduction is not sufficient, the same process is repeated and a seaondTonttsâ-teu is engaged.
The potentiometer 22 is adjusted so that the threshold
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e correapôn $ Î'à9iÉiÀµÉéîâo $ j $ adjustment. If the phase shift of the neck
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rant passes -aé ¯ it is the other electronic relay which operates, in the same way as the first, but disconnecting it.
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singing the eô 'au, in the reverse order of that in which 1lâ-'. "t" -f \ "'' ';' '- J ......." m6h. 1 We can, of course, imagine other forms of
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Réa11BatiOri'8nsst'dÙ framework of the present invention.