<Desc/Clms Page number 1>
Amplificateur magnétique .auto-excité Rappelons les propriétés essentielles d'un amplificateur magnétique auto-excité, à prémagnétisation alternative. La fig. 1 représente un exemple d'un tel amplificateur. Les enroulements de travail 1 et 2 sont munis de redresseurs 3 et 4 qui servent à son auto-excitation. La charge 5 est parcourue par le courant alternatif de travail provenant d'un premier enroulement secondaire 9 du transformateur d'alimentation 10.
Les enroulements de prémagnétisation 6 et 7 sont montés en série, c'est-à-dire que les tensions induites dans ces deux enroulements par la variation du flux dû aux enroulements de travail (lorsque les redresseurs 3 et 4 sont court-circuités) sont en phase et s'ajoutent. La tension alternative d'un second enroulement secondaire 8 du transformateur d'alimentation 10 est appliquée aux enroulements de prémagnétisation 6 et 7.
Pour que le courant alternatif de prémagnétisation puisse circuler et produire un effet de démagnétisation dans les noyaux de l'amplificateur, il faut que la tension appliquée aux enroulements de prémagnétisation compense la tension induite dans ces enroulements par la variation du flux dû aux enroulements de travail. La variation de ce courant peut être obtenue de deux fa- çons différentes : 1. en faisant varier la tension alternative de l'enroulement secondaire 8 (par l'intermédiaire d'un autotransformateur variable, par exemple) ; 2. en changeant la valeur de la résistance série 11 du circuit de prémagnétisation.
Le grand avantage de l'amplificateur magnétique auto-excité à prémagnétisation alternative est sa grande rapidité de réponse. En effet, comme la tension de prémagnétisation est alternative, son courant change instantanément de valeur, lors d'un changement de la valeur de la résistance 11, et le temps de réponse d'un tel amplificateur est forcément inférieur à la période puisque après une période le régime stable est atteint. Mais pour commander un tel amplificateur, il a été nécessaire jusqu'ici de disposer d'un organe mécanique qui permette de faire varier la résistance 11 ou la tension de l'enroulement secondaire 8 du transformateur 10. L'inconvénient de cette disposition connue, dû à la nécessité d'une telle commande à organe mécanique, est évident.
La présente invention vise précisément à éliminer cet inconvénient. Elle a pour objet un amplificateur magnétique auto-excité, comprenant au moins un enroulement de prémagnétisation traversé par un courant alternatif et un dispositif de commande permettant de faire varier le courant dans ledit enroulement, caractérisé par le fait que ledit dispositif de commande comprend un dispositif statique dont la résistance est variable en fonction d'une grandeur électrique qui lui est appliquée, ce dispositif statique étant inséré dans le circuit de prémagnétisation par l'intermédiaire d'un pont de redresseurs et étant destiné à faire varier le courant dans ce circuit.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'amplificateur magnétique selon l'invention et une forme d'exécution d'une utilisation de cet amplificateur.
La fig.1, comme déjà vu, est un schéma électrique servant à illustrer les propriétés essentielles d'un amplificateur magnétique auto-excité, à prémagnéti- sation alternative.
La fig. 2 est un schéma d'une première forme d'exécution.
La fig. 3 est un schéma d'une seconde forme d'exécution.
La fig. 4 est un graphique explicatif.
Les fig. 5, 6 et 7 sont des schémas servant à démontrer certains avantages desdites formes d'exécution.
<Desc/Clms Page number 2>
La fig. 8 est un schéma électrique d'un amplificateur magnétique utilisé comme régulateur de tension d'un alternateur.
La fig. 9 représente le schéma d'une variante.. Dans l'exemple selon la fig. 2, la disposition diffère du schéma connu selon la fig. 1, en ce qui concerne le circuit de prémagnétisation ; le reste est pareil. Ainsi, la résistance variable 11 de la fig. 1 est remplacée par un pont de redresseurs 12 et un dispositif statique 13 dont la résistance est variable en fonction d'une grandeur électrique qui lui est appliquée. Ce dispositif 13 est représenté ici sous forme d'un transistor. Ce dernier peut, en effet, être considéré comme une résistance dont on peut faire varier la valeur en agissant sur la tension base-émetteur.
Cette résistance varie, en grossière approximation, de façon inversement proportionnelle au courant de base du transistor. La puissance nécessaire pour commander ce courant de base est beaucoup plus petite que la puissance alternative de prémagnétisation, ce qui permet d'obtenir une amplification très élevée. Par ailleurs, il est clair que l'emploi du pont de redresseurs 12 et du dispositif statique 13 remédie à l'inconvénient, mentionné au début, des dispositions connues.
Dans la forme d'exécution selon la fig. 3, la disposition générale est analogue à celle de la fig. 2 ; la différence porte sur le circuit de prémagnétisation. Une résistance fixe 14 est placée en série dans ce circuit avec l'ensemble constitué par le pont de redresseurs et le transistor, ensemble qui est monté en parallèle avec les enroulements de prémagnétisation. Ceux-ci doivent avoir une résistance beaucoup plus grande que la résistance minimum de l'ensemble pont de redresseurs et transistor.
Lorsque cet ensemble présente une résistance minimum, il court-circuite presque complètement les enroulements de prémagné- tisation, et le courant alternatif circulant dans ceux- ci est minimum. Lorsque cet ensemble présente une résistance maximum, le courant alternatif qui circule dans les enroulements de prémagnétisation est maximum. La résistance 14 absorbe plus ou moins de tension alternative de commande, selon que la résistance de l'ensemble pont de redresseurs et transistor est faible ou élevée.
La fig. 4 représente la caractéristique statique d'un amplificateur magnétique auto-excité, c'est-à- dire la tension moyenne US aux bornes de la charge 5 en fonction du courant alternatif de prémagnéti- sation i, la variation de ce courant étant obtenue de l'une des deux façons connues indiquées plus haut ou de la manière illustrée par les fig. 2 et 3.
Les dispositifs statiques décrits permettent de réaliser des amplificateurs magnétiques auto-excités présentant les avantages suivants 1. grande amplification de puissance, 2. temps de réponse inférieur à la période, 3. commande par tension continue ou alternative redressée. Ils permettent en outre une simplification de construction et, en conséquence, une réduction du coût.
En effet, le temps de réponse est inférieur à la période et cela quelle que soit la valeur de la résistance du circuit de prémagnétisation. Ainsi, lorsque l'amplificateur est complètement démagnétisé (le courant dans les enroulements de travail est alors minimum), la résistance du circuit de prémagnétisation a une valeur très faible. Dans ces conditions la tension nécessaire pour faire circuler ce courant sera faible et le nombre de spires nécessaire à l'enroulement de commande sera petit, par rapport au nombre de spires qu'il faudrait dans un amplificateur à commande par courant continu. Dans la plupart des cas, cet enroulement pourra être exécuté à la main, avec un fil isolé, puisqu'il suffit de quelques spires.
La construction s'en trouve ainsi simplifiée, et par suite le coût diminue. Cet avantage apparaît surtout lorsque le dispositif de commande est constitué par un transistor et un pont de redresseurs. Ce dispositif pourrait toutefois ne pas être à transistor mais, par exemple, à tube électronique ou à redresseur commandé.
Le coût est diminué, tout d'abord, du fait de la simplicité de construction de l'enroulement de commande. Ensuite, si l'on désire obtenir un courant de travail redressé, il n'est plus nécessaire, comme dans la commande à courant continu, d'avoir six éléments de redresseurs. En effet, dans la commande par courant continu, il est indispensable, lorsque la charge est inductive, de la monter de la façon indiquée sur la fig. 5, ceci afin d'éviter un accrochage de l'amplificateur (ou du moins une variation brusque de pente), dans la partie inférieure de la caractéristique statique de l'amplificateur, fig. 4.
Lorsque le courant de commande est alternatif, ce phénomène ne se produit pas, et il suffit alors, même si la charge est inductive, de monter la charge selon la fig. 6, ce qui ne nécessite que quatre éléments redresseurs, ou selon la fig. 7, si l'on dispose d'un transformateur dont le secondaire a un point milieu ; cette dernière solution ne nécessite que deux éléments redresseurs. Ainsi, le nombre de redresseurs de puissance, éléments très coûteux, étant diminué, le coût s'en trouve fortement réduit.
On va décrire maintenant un exemple d'utilisation de l'amplificateur décrit, pour le réglage de la tension d'une machine synchrone qui est ici un alternateur (fig. 8).
La tension à régler de l'alternateur 20 est mesurée par un transformateur 21. Cette tension, après avoir été redressée et filtrée dans un filtre passe-bas 22, alimente un pont de mesure 23, lequel est constitué par des éléments linéaires et un élément non linéaire 24. La grandeur de sortie de ce pont, qui est une tension continue, commande le courant de base d'un transistor 25. C'est ce courant de base qui, comme nous l'avons vu, agit sur la valeur de la résistance du transistor.
Cette variabilité de la résistance dans le circuit de prémagnétisation 26 de
<Desc/Clms Page number 3>
l'amplificateur 27, permet la variation du courant alternatif de commande, et par suite de la tension aux bornes de la charge, c'est-à-dire de l'impédance des pôles inducteurs 28 de l'excitatrice 29. Cette exci- tatrice fournit la puissance d'excitation aux inducteurs 30 de l'alternateur 20. La puissance du régulateur est tirée de l'alternateur ou d'un réseau auxiliaire, au moyen du transformateur 31. Un élément non linéaire 32 (une diode Zener, par exemple) protège le transistor contre les surtensions entre la base et l'émetteur.
L'effet de température sur la résistance du transistor, est compensé par l'effet de température sur l'élément non linéaire 24. II suffit en effet, dans le cas d'une diode Zener par exemple, de choisir son coefficient de température tel qu'il compense l'effet de température sur le courant du collecteur du transistor. Le circuit de stabilisation de la boucle de réglage (constituée par le régulateur, l'excitatrice et l'alternateur), est un circuit de réaction différentielle constitué par des éléments 33, 34 et 35, qui permettent d'adapter la constante de temps du circuit de stabilisation et le taux de réaction.
Le temps de réponse d'un tel régulateur est inférieur à la période, compte tenu de la constante de temps du filtre passe-bas.
Dans le cas d'une machine à courant continu, dont il s'agit de régler la tension, le régulateur serait constitué par l'ensemble 36 seul, le filtre 22 devenant inutile. L'alimentation, en 31, du régulateur se ferait, bien entendu, par un réseau auxiliaire à courant alternatif.
Dans une variante, la disposition selon la fig. 8 pourrait être utilisée pour réglage de la vitesse d'une machine électrique tournante, telle que moteur ou génératrice. Ceci pourrait avoir lieu de la façon suivante. Le filtre 22 servirait à mesurer la vitesse à régler ; l'ensemble 36 constituerait alors le régulateur. L'élément 28 serait alors, selon le cas, les inducteurs d'un moteur ou d'une génératrice, ou l'induit d'un moteur.
Dans l'amplificateur selon la fig. 9, le dispositif statique comprend un pont de redresseurs 15 et une résistance fixe 16 aux bornes de laquelle est appliquée une tension continue de commande. La tension fournie par le pont de redresseurs 15, s'ajoute à celle fournie par le pont de redresseurs 12, de manière à faire circuler dans la résistance 16, en l'absence de tension de commande, un courant suffisamment grand pour bloquer le courant de charge circulant dans la résistance 5. Lorsqu'on applique aux bornes de la résistance 16 une tension de commande continue de polarité opposée aux tensions générées par les redresseurs 15 et 12, le courant circulant dans le circuit de prémagnétisation de l'amplificateur diminue et le courant de charge augmente.
L'ensemble comprenant le pont de redresseurs 15 et la résistance 16 aux bornes de laquelle on applique la tension de commande joue donc le même rôle que la résistance 11 de la fig. 1 et peut par conséquent être considéré comme faisant varier la résistance du circuit de pré- magnétisation. Cet ensemble forme donc un dispositif statique 37 de résistance variable en fonction d'une grandeur électrique qui lui est appliquée.
<Desc / Clms Page number 1>
Self-excited magnetic amplifier Let us recall the essential properties of a self-excited magnetic amplifier, with alternating premagnetization. Fig. 1 shows an example of such an amplifier. The working windings 1 and 2 are provided with rectifiers 3 and 4 which serve for its self-excitation. The load 5 is traversed by the working alternating current coming from a first secondary winding 9 of the supply transformer 10.
The pre-magnetization windings 6 and 7 are connected in series, that is to say that the voltages induced in these two windings by the variation of the flux due to the work windings (when the rectifiers 3 and 4 are short-circuited) are in phase and add up. The alternating voltage of a second secondary winding 8 of the supply transformer 10 is applied to the premagnetization windings 6 and 7.
In order for the AC pre-magnetization current to flow and produce a demagnetization effect in the amplifier cores, the voltage applied to the pre-magnetization windings must compensate for the voltage induced in these windings by the variation in flux due to the work windings. . The variation of this current can be obtained in two different ways: 1. by varying the alternating voltage of the secondary winding 8 (by means of a variable autotransformer, for example); 2. by changing the value of series resistor 11 of the pre-magnetization circuit.
The great advantage of the self-excited magnetic amplifier with alternating premagnetization is its high response speed. In fact, as the pre-magnetization voltage is alternating, its current changes instantaneously in value, when the value of resistor 11 changes, and the response time of such an amplifier is necessarily less than the period since after a period the steady state is reached. However, in order to control such an amplifier, it has hitherto been necessary to have a mechanical member which makes it possible to vary the resistance 11 or the voltage of the secondary winding 8 of the transformer 10. The drawback of this known arrangement, due to the need for such a mechanical member control, is obvious.
The present invention aims precisely to eliminate this drawback. It relates to a self-excited magnetic amplifier, comprising at least one pre-magnetization winding through which an alternating current passes and a control device making it possible to vary the current in said winding, characterized in that said control device comprises a device static whose resistance is variable as a function of an electrical quantity applied to it, this static device being inserted into the premagnetization circuit by means of a bridge of rectifiers and being intended to vary the current in this circuit.
The appended drawing represents, by way of example, two embodiments of the magnetic amplifier according to the invention and one embodiment of the use of this amplifier.
Fig. 1, as already seen, is an electrical diagram used to illustrate the essential properties of a self-excited magnetic amplifier, with alternating premagnetization.
Fig. 2 is a diagram of a first embodiment.
Fig. 3 is a diagram of a second embodiment.
Fig. 4 is an explanatory graphic.
Figs. 5, 6 and 7 are diagrams serving to demonstrate certain advantages of said embodiments.
<Desc / Clms Page number 2>
Fig. 8 is an electrical diagram of a magnetic amplifier used as a voltage regulator of an alternator.
Fig. 9 shows the diagram of a variant. In the example according to FIG. 2, the arrangement differs from the known diagram according to FIG. 1, with regard to the pre-magnetization circuit; the rest is the same. Thus, the variable resistor 11 of FIG. 1 is replaced by a bridge of rectifiers 12 and a static device 13 whose resistance is variable as a function of an electrical quantity applied to it. This device 13 is represented here in the form of a transistor. The latter can, in fact, be considered as a resistor whose value can be varied by acting on the base-emitter voltage.
This resistance varies, roughly, inversely proportional to the base current of the transistor. The power required to drive this base current is much smaller than the AC pre-magnetization power, which results in very high amplification. Furthermore, it is clear that the use of the bridge of rectifiers 12 and of the static device 13 overcomes the drawback, mentioned at the beginning, of the known arrangements.
In the embodiment according to FIG. 3, the general arrangement is similar to that of FIG. 2; the difference concerns the pre-magnetization circuit. A fixed resistor 14 is placed in series in this circuit with the assembly formed by the rectifier bridge and the transistor, which assembly is connected in parallel with the premagnetization windings. These should have a resistance much greater than the minimum resistance of the bridge rectifier and transistor assembly.
When this assembly has minimum resistance, it almost completely short-circuits the premagnetization windings, and the AC current flowing through them is minimum. When this assembly has maximum resistance, the alternating current flowing in the premagnetization windings is maximum. Resistor 14 absorbs more or less AC control voltage, depending on whether the resistance of the bridge rectifier and transistor assembly is low or high.
Fig. 4 represents the static characteristic of a self-excited magnetic amplifier, that is to say the average voltage US at the terminals of the load 5 as a function of the alternating pre-magnetization current i, the variation of this current being obtained from one of the two known ways indicated above or in the manner illustrated by FIGS. 2 and 3.
The static devices described make it possible to produce self-excited magnetic amplifiers having the following advantages: 1. large power amplification, 2. response time less than period, 3. control by direct or rectified alternating voltage. They further allow a simplification of construction and, consequently, a reduction in cost.
Indeed, the response time is less than the period and that whatever the value of the resistance of the premagnetization circuit. Thus, when the amplifier is completely demagnetized (the current in the working windings is then minimum), the resistance of the premagnetization circuit has a very low value. Under these conditions, the voltage required to circulate this current will be low and the number of turns necessary for the control winding will be small, compared to the number of turns that would be required in a DC-controlled amplifier. In most cases, this winding can be done by hand, with an insulated wire, since a few turns are enough.
The construction is thereby simplified, and consequently the cost decreases. This advantage appears above all when the control device consists of a transistor and a bridge of rectifiers. However, this device could not be a transistor but, for example, an electron tube or a controlled rectifier.
The cost is reduced, first of all, due to the simplicity of construction of the control winding. Then, if it is desired to obtain a rectified working current, it is no longer necessary, as in the direct current control, to have six rectifier elements. In fact, in direct current control, it is essential, when the load is inductive, to mount it as shown in fig. 5, in order to prevent the amplifier from sticking (or at least a sudden variation in slope), in the lower part of the static characteristic of the amplifier, fig. 4.
When the control current is alternating, this phenomenon does not occur, and it is then sufficient, even if the load is inductive, to increase the load according to fig. 6, which requires only four rectifying elements, or according to FIG. 7, if there is a transformer whose secondary has a midpoint; the latter solution requires only two rectifying elements. Thus, the number of power rectifiers, very expensive elements, being reduced, the cost is greatly reduced.
We will now describe an example of use of the described amplifier, for adjusting the voltage of a synchronous machine which is here an alternator (FIG. 8).
The voltage to be adjusted from the alternator 20 is measured by a transformer 21. This voltage, after having been rectified and filtered in a low-pass filter 22, supplies a measuring bridge 23, which is formed by linear elements and an element. nonlinear 24. The output quantity of this bridge, which is a direct voltage, controls the base current of a transistor 25. It is this base current which, as we have seen, acts on the value of the resistance of the transistor.
This variability of resistance in the premagnetization circuit 26 of
<Desc / Clms Page number 3>
amplifier 27, allows the variation of the control alternating current, and consequently of the voltage at the terminals of the load, that is to say of the impedance of the inductor poles 28 of the exciter 29. This exciter The generator supplies the excitation power to the inductors 30 of the alternator 20. The power of the regulator is drawn from the alternator or from an auxiliary network, by means of the transformer 31. A non-linear element 32 (a Zener diode, for example). example) protects the transistor against overvoltages between the base and the emitter.
The effect of temperature on the resistance of the transistor is compensated by the effect of temperature on the nonlinear element 24. It suffices, in the case of a Zener diode for example, to choose its temperature coefficient as that it compensates for the effect of temperature on the current of the collector of the transistor. The stabilization circuit of the adjustment loop (constituted by the regulator, the exciter and the alternator), is a differential feedback circuit formed by elements 33, 34 and 35, which make it possible to adapt the time constant of the stabilization circuit and reaction rate.
The response time of such a regulator is less than the period, taking into account the time constant of the low pass filter.
In the case of a direct current machine, the voltage of which is to be regulated, the regulator would consist of the assembly 36 alone, the filter 22 becoming unnecessary. The supply, at 31, of the regulator would of course be provided by an auxiliary alternating current network.
In a variant, the arrangement according to FIG. 8 could be used for adjusting the speed of a rotating electrical machine, such as a motor or generator. This could take place in the following way. The filter 22 would serve to measure the speed to be adjusted; the assembly 36 would then constitute the regulator. The element 28 would then be, as the case may be, the inductors of a motor or of a generator, or the armature of a motor.
In the amplifier according to fig. 9, the static device comprises a bridge of rectifiers 15 and a fixed resistor 16 across which a DC control voltage is applied. The voltage supplied by the rectifier bridge 15 is added to that supplied by the rectifier bridge 12, so as to cause the resistor 16 to circulate, in the absence of control voltage, a current large enough to block the current. load flowing in resistor 5. When a DC control voltage of opposite polarity to the voltages generated by rectifiers 15 and 12 is applied to the terminals of resistor 16, the current flowing in the pre-magnetization circuit of the amplifier decreases and the charge current increases.
The assembly comprising the rectifier bridge 15 and the resistor 16 to the terminals of which the control voltage is applied therefore plays the same role as the resistor 11 in FIG. 1 and can therefore be considered to vary the resistance of the pre-magnetization circuit. This assembly therefore forms a static device 37 of variable resistance as a function of an electrical quantity which is applied to it.