<Desc/Clms Page number 1>
Installation d'alimentation électrique La présente invention a pour objet une installation d'alimen.tation électrique comprenant un g'en.ér rateur de courant alternatif, destinée notamment à fournir le courant nécessaire pour la lumière, le chauffage et d'autres fonctions dans des véhicules à rails. Dans. une installation. de ce genre, dans laquelle la puissance est fournie par les axes en rotation du véhicule., le réglage du courant d'excitation du générateur est difficile.
Un but de l'invention est d'obtenir une installation dans laquelle le réglage de cette excitation est obtenu par des mayens simples et, en particulier, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des régulateurs présentant des parties mobiles.
Une. installation connue de ce type comprend un générateur de courant alternatif, ce courant étant redressé pour fournir le courant d'excitation du générateur, et un régulateur dudit courant d'excitation comprenant un dispositif à saturation polarisé par un aimant permanent qui produit un flux tendant à saturer un ou.
plusieurs noyaux dudit dispositif. L'installation comprend un enroulement à courant alternatif pour le courant qui doit être redressé pour fournir le courant d'excitation et un enroulement de commande de courant qui est connecté aux bornes d'une batterie et produit un flux tendant à désaturer ledit ou lesdits noyaux et s'opposant, dans l'aimant permanent, au flux de cet aimant. En plus du courant d'excitation ainsi réglé, le générateur peut comprendre un enroulement d'excitation série.
L'installation d'alimentation électrique faisant l'objet de la présente invention comprend un générateur de courant alternatif, un redresseur agencé de manière à redresser ledit courant et à fournir au- dit générateur un courant d'excitation redressé, et un régulateur de la tension de sortie du générateur commandant ledit courant d'excitation redressé et comprenant un dispositif à saturation.
Elle est caractérisée en ce que le générateur comprend un premier enroulement d'excitation shunt auquel est envoyé ledit courant d'excitation redressé et un second enroulement d'excitation, agencé de manière que ses ampères-tours soient opposés constamment à ceux du premier enroulement d'excitation et plus faibles que ceux-ci.
La figure unique du dessin annexé représente, à titre d'exemple, le schéma d'une forme d'exécution de l'installation selon l'invention. L'installation représentée comprend un alternateur triphasé 1 qui alimente une batterie 2 et une autre charge (non représentée) à travers un redresseur principal 3. L'alternateur 1 comprend un premier enroulement d'excitation shunt 4, un enroulement d'excitation série auxiliaire 4a et un second enroulement d'excitation. shunt 4b. Le courant d'excitation pour l'enroulement 4 est pris entre deux phases de l'alternateur à travers un redresseur en pont 5.
L'enroulement 4a est connecté au redresseur 3 du côté courant continu. L'excitation assurée par l'enroulement shunt 4 est réglée au moyen d'un dispositif à saturation 6 d'un type connu polarisé par un aimant permanent. Des enroulements 11 sont alimentés par le courant alternatif et des enroulements 12 de commande principaux sont connectés aux bornes de la batterie 2 à travers un.e résistance 13 et produisent un flux s'opposant au flux de polarisation constant.
Des enroulements de commande auxiliaires 14 sont
<Desc/Clms Page number 2>
utilisés dans certains buts particuliers ne présentant pas d'intérêt ici. Des redresseurs 21 permettent d'introduire une contre-réaction et des enroulements 22 sont parcourus par le courant d'excitation et favorisent l'action de réglage des enroulements 12. Le dispositif à saturation 6 comprend donc des enroulements de commande principaux 12 qui sont soumis à la tension de l'alternateur. Ces enroulements produisent un flux qui s'oppose au flux de polarisation constant produit par l'aimant permanent.
Les enroulements 11 sont parcourus par le courant traversant le redresseur 5 et qui est envoyé à l'enroulement d'excitation 4. Le courant qui s'écoule dans l'enroulement d'excitation 4 dépend évidemment de l'impédance des enroulements 11. Cette impédance dépend de la saturation du noyau du dispositif à saturation 6. Celle-ci dépend à son tour du flux produit par les enroulements 12 qui est pro- portiânnel à la tension de l'alternateur. Si cette tension augmente, le flux produit par les enroulements 12 dépasse celui produit par la polarisation du dispositif à saturation, ce qui réduit la saturation et augmente l'impédance des enroulements 11.
Un courant plus faible s'écoule dans l'enroulement d'excitation 4 et la tension de l'alternateur est réduite. La tension peut être maintenue ainsi pratiquement constante.
Le second enroulement shunt 4b est agencé pour produire un. champ de sens opposé à celui produit par l'enroulement shunt principal 4 dont le courant d'excitation est réglé par le dispositif à saturation 6. L'enroulement 4b est connecté aux bornes d'un redresseur 16, distinct du redresseur principal 3. Dans une variante, l'enroulement 4b pourrait ne pas être connecté à un redresseur séparé, mais à la sortie du redresseur 3, comme indiqué sur la figure par des lignes pointillées montrant cette variante.
Dans ce cas cependant, l'enroulement 4b est connecté aussi aux bornes de la batterie 2, de sorte qu'il reçoit du courant de cette dernière quand l'alternateur 1 n'en produit pas. Comme cela pourrait empêcher l'auto- excitation de l'alternateur, il est nécessaire de monter, entre la batterie 2 et l'enroulement 4b, un interrupteur automatique agencé pour isoler ledit enroulement de la batterie quand l'alternateur ne produit pas de courant.
Dans la variante représentée, cet interrupteur est électromagnétique et comprend un enroulement 25 alimenté depuis l'alternateur à travers le redresseur auxiliaire 16 et dont des contacts 27, qui sont ouverts quand l'enroulement 25 n'est pas excité, sont connectés entre le redresseur principal 3 et la batterie 2, l'enroulement 4b étant du côté redresseur des contacts 27. On, voit que l'ouverture des contacts 27 déconnecte aussi la batterie 2 du redresseur 3 dans la forme d'exécution décrite.
Si les ampères-tours dans l'enroulement 4 sont opposés aux ampères-tours dans l'enroulement 4b, il est clair que le courant nécessaire dans l'enroulement 4 pour toute valeur de l'excitation effective du générateur doit être supérieur à ce- qu'il serait sans la présence de l'enroulement 4b. Cependant, ce courant plus fort permet d'obtenir un effet de réglage donné avec une plus faible variation, d'impédance dans le régulateur. Admettons, par exemple, que, avec l'enroulement 4 seul, l'effet de réglage recherché soit obtenu en, réduisant le courant d'excitation de 4 à 2 ampères.
Si la tension, est de 24 volts, cela signifie une augmentation d'impédance dans le régulateur de 6 ohms à 12 ohms, soit une variation de 6 ohms. Si, maintenant, la même excitation. est produite par 6 ampères dans l'enroulement 4, moins 2 ampères dans l'enroulement 4n, le même effet de réglage requiert alors une réduction du courant dans l'enroulement 4 à 4 ampères. La variation, d'impédance se fait alors entre 4 ohms. (24/6) et 6 ohms (24/4) et n'est, par conséquent, que de 2 ohms.
Ce fait présente un avantage considérable en ce sens que le domaine de variation de l'impédance dans le régulateur est un, facteur important dans l'établissement d'un petit régulateur comprenant un dispositif à saturation économique.
Avec l'enroulement 4 seul, le courant d'excitation du générateur pourrait être réduit à zéro sans supprimer le champ, car la magnétisation résiduelle resterait. Le réglage du courant d'excitation serait alors inefficace pour le réglage du générateur à partir du point où le champ effectif est dû à la magnétisation résiduelle. Cela détermine une limite pour la vitesse du générateur, car, pour urne certaine valeur élevée de la vitesse, la magnétisation résiduelle seule produirait une tension, excessive du générateur.
Toutefois, l'excitation opposée due à l'enroulement 4b peut supprimer ou même dépasser le magnétisme résiduel. En conséquence, par réglage du courant dans l'enroulement 4, il est possible de réduire le champ effectif au-dessous de la valeur du champ résiduel. Dans ces, conditions, la vitesse du générateur peut être poussée plus haut, car le régulateur est encore efficace pour régler la tension du générateur.
L'effet de l'enroulement 4b va être illustré à l'aide d'un exemple.
Pour assurer l'établissement du voltage d'un alternateur à autoexcitation, il est nécessaire de disposer d'un flux résiduel important. Dans l'exemple que nous envisageons, on utilise le flux résiduel qui limite la vitesse maximum de l'alternateur à 6000 tours/ minute en l'absence de charge.- Cependant, si un champ opposé est produit après l'établissement du voltage, la vitesse maximum n'est plus limitée à la valeur correspondant à la valeur du flux résiduel et l'alternateur peut tourner, par exemple, à 10 000 tours/minute.
Par ailleurs, pour permettre l'établissement du voltage, le champ opposé ne doit pas être produit à faible vitesse.
<Desc/Clms Page number 3>
L'action du champ opposé ressort du tableau suivant
EMI3.2
<tb> Ampères-tours <SEP> Ampères-tours
<tb> Ampères-tours <SEP> du <SEP> champ <SEP> du <SEP> champ
<tb> Tours/min <SEP> du <SEP> champ <SEP> opposé <SEP> normal
<tb> résultant <SEP> (enroulement <SEP> (enroulement <SEP> 4)
<tb> 4b)
<tb> 1000 <SEP> 2000 <SEP> - <SEP> 200 <SEP> 2200
<tb> 6000 <SEP> 100 <SEP> - <SEP> 200 <SEP> 300
<tb> 10000 <SEP> - <SEP> 90 <SEP> - <SEP> 200 <SEP> 110
Sans le champ opposé,
la limi & de la vitesse supérieure pratique serait de 6000 tours/minute et le nombre d'ampères-tours du champ que devrait produire le seul enroulement 4 varierait de 2000 à 100, soit dans le rapport de 20 à 1. Quand le champ opposé est produit, la limite de la vitesse est de 10 000 tours/minute et le nombre d'ampères- tours du champ normal produit par l'enroulement 4 varie de 2200 à 110, soit également dans le rapport de 20 à 1, comme cela ressort du tableau ci-dessus. Cette variation à 10 000 tours/minute, grâce à l'action du champ opposé, est pratiquement la même qu'à 6000 tours/minute sans champ opposé.
On obtient donc une extension, notable du domaine de vitesse avec la même variation des ampères-tours.
Dans certains cas,, le champ opposé peut être produit par un enroulement excité séparément au lieu de l'être par un enroulement shunt tel que 4b.
<Desc / Clms Page number 1>
Electric power supply installation The present invention relates to an electric power supply installation comprising an alternating current generator, intended in particular to supply the current necessary for light, heating and other functions in rail vehicles. In. an installation. of this kind, in which the power is supplied by the rotating axes of the vehicle., the adjustment of the excitation current of the generator is difficult.
An object of the invention is to obtain an installation in which the adjustment of this excitation is obtained by simple means and, in particular, without it being necessary to use regulators having moving parts.
A. known installation of this type comprises an alternating current generator, this current being rectified to supply the excitation current of the generator, and a regulator of said excitation current comprising a saturation device polarized by a permanent magnet which produces a flux tending to saturate one or.
several cores of said device. The installation comprises an alternating current winding for the current which must be rectified to supply the excitation current and a current control winding which is connected to the terminals of a battery and produces a flux tending to desaturate said core (s). and opposing, in the permanent magnet, to the flux of this magnet. In addition to the excitation current thus set, the generator may include a series excitation winding.
The electrical power supply installation forming the subject of the present invention comprises an alternating current generator, a rectifier arranged so as to rectify said current and to supply said generator with a rectified excitation current, and a regulator of the voltage. output voltage of the generator controlling said rectified excitation current and comprising a saturation device.
It is characterized in that the generator comprises a first shunt excitation winding to which is sent said rectified excitation current and a second excitation winding, arranged so that its ampere-turns are constantly opposed to those of the first winding of excitement and weaker than these.
The single figure of the appended drawing represents, by way of example, the diagram of an embodiment of the installation according to the invention. The installation shown comprises a three-phase alternator 1 which supplies a battery 2 and another load (not shown) through a main rectifier 3. The alternator 1 comprises a first shunt excitation winding 4, an auxiliary series excitation winding 4a and a second excitation winding. shunt 4b. The excitation current for winding 4 is taken between two phases of the alternator through a bridge rectifier 5.
Winding 4a is connected to rectifier 3 on the DC side. The excitation provided by the shunt winding 4 is regulated by means of a saturation device 6 of a known type polarized by a permanent magnet. Windings 11 are powered by the alternating current and main control windings 12 are connected to the terminals of the battery 2 through a resistor 13 and produce a flux opposing the constant bias flux.
Auxiliary control windings 14 are
<Desc / Clms Page number 2>
used for certain specific purposes not of interest here. Rectifiers 21 make it possible to introduce a negative feedback and the windings 22 are traversed by the excitation current and promote the adjusting action of the windings 12. The saturation device 6 therefore comprises main control windings 12 which are subjected to the alternator voltage. These windings produce a flux which opposes the constant bias flux produced by the permanent magnet.
The windings 11 are traversed by the current passing through the rectifier 5 and which is sent to the excitation winding 4. The current which flows in the excitation winding 4 obviously depends on the impedance of the windings 11. This impedance depends on the saturation of the core of the saturation device 6. This in turn depends on the flux produced by the windings 12 which is proportional to the voltage of the alternator. If this voltage increases, the flux produced by the windings 12 exceeds that produced by the bias of the saturation device, which reduces the saturation and increases the impedance of the windings 11.
A lower current flows in the excitation winding 4 and the voltage of the alternator is reduced. The voltage can thus be kept practically constant.
The second shunt winding 4b is arranged to produce a. field of direction opposite to that produced by the main shunt winding 4, the excitation current of which is regulated by the saturation device 6. The winding 4b is connected to the terminals of a rectifier 16, separate from the main rectifier 3. In alternatively, winding 4b could not be connected to a separate rectifier, but to the output of rectifier 3, as shown in the figure by dotted lines showing this variant.
In this case, however, the winding 4b is also connected to the terminals of the battery 2, so that it receives current from the latter when the alternator 1 is not producing any. As this could prevent the self-excitation of the alternator, it is necessary to mount, between the battery 2 and the winding 4b, an automatic switch arranged to isolate said winding from the battery when the alternator is not producing current. .
In the variant shown, this switch is electromagnetic and comprises a winding 25 supplied from the alternator through the auxiliary rectifier 16 and whose contacts 27, which are open when the winding 25 is not energized, are connected between the rectifier main 3 and battery 2, winding 4b being on the rectifier side of contacts 27. It can be seen that the opening of contacts 27 also disconnects battery 2 from rectifier 3 in the embodiment described.
If the ampere-turns in winding 4 are opposed to the ampere-turns in winding 4b, it is clear that the current required in winding 4 for any value of the effective excitation of the generator must be greater than this- that it would be without the presence of the winding 4b. However, this higher current makes it possible to obtain a given adjustment effect with a lower variation of impedance in the regulator. Suppose, for example, that, with winding 4 alone, the desired adjustment effect is obtained by reducing the excitation current from 4 to 2 amps.
If the voltage is 24 volts, it means an increase in impedance in the regulator from 6 ohms to 12 ohms, or a variation of 6 ohms. So now the same excitement. is produced by 6 amps in winding 4, minus 2 amps in winding 4n, the same adjustment effect then requires a reduction in current in winding 4 to 4 amps. The variation in impedance is then between 4 ohms. (24/6) and 6 ohms (24/4) and is therefore only 2 ohms.
This fact has a considerable advantage in that the range of variation of the impedance in the regulator is an important factor in establishing a small regulator comprising an economical saturation device.
With winding 4 alone, the generator excitation current could be reduced to zero without removing the field, as the residual magnetization would remain. Adjusting the excitation current would then be ineffective in adjusting the generator from the point where the effective field is due to residual magnetization. This sets a limit for the speed of the generator, because, for a certain high value of the speed, the residual magnetization alone would produce an excessive voltage of the generator.
However, the opposite excitation due to the winding 4b can suppress or even exceed the residual magnetism. Consequently, by adjusting the current in the winding 4, it is possible to reduce the effective field below the value of the residual field. Under these conditions, the generator speed can be pushed higher, as the regulator is still effective in regulating the generator voltage.
The effect of winding 4b will be illustrated with the aid of an example.
To ensure the establishment of the voltage of a self-excited alternator, it is necessary to have a significant residual flux. In the example we are considering, we use the residual flux which limits the maximum speed of the alternator to 6000 revolutions / minute in the absence of load.- However, if an opposite field is produced after establishing the voltage, the maximum speed is no longer limited to the value corresponding to the value of the residual flux and the alternator can rotate, for example, at 10,000 revolutions / minute.
Also, to allow voltage to be established, the opposite field should not be produced at low speed.
<Desc / Clms Page number 3>
The action of the opposite field is shown in the following table
EMI3.2
<tb> Amperes-turns <SEP> Amperes-turns
<tb> Amperes-turns <SEP> of <SEP> field <SEP> of <SEP> field
<tb> Revolutions / min <SEP> of the <SEP> field <SEP> opposite <SEP> normal
resulting <tb> <SEP> (winding <SEP> (winding <SEP> 4)
<tb> 4b)
<tb> 1000 <SEP> 2000 <SEP> - <SEP> 200 <SEP> 2200
<tb> 6000 <SEP> 100 <SEP> - <SEP> 200 <SEP> 300
<tb> 10000 <SEP> - <SEP> 90 <SEP> - <SEP> 200 <SEP> 110
Without the opposite field,
the practical upper speed limit would be 6000 revolutions / minute and the number of ampere-revolutions of the field which winding 4 alone should produce would vary from 2000 to 100, i.e. in the ratio of 20 to 1. When the opposite field is produced, the speed limit is 10,000 rpm, and the number of ampere-turns of the normal field produced by winding 4 varies from 2200 to 110, also in the ratio of 20 to 1, like this emerges from the table above. This variation at 10,000 revolutions / minute, thanks to the action of the opposite field, is practically the same as at 6000 revolutions / minute without an opposite field.
A significant extension of the speed range is therefore obtained with the same variation in ampere-turns.
In some cases, the opposite field can be produced by a separately excited winding instead of by a shunt winding such as 4b.