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Dispositif de réglage statique d'une tension électrique La présente invention a pour objet un dispositif de réglage statique d'une tension électrique, continue ou alternative, par exemple de la tension d'une machine génératrice tournante.
On sait que la tension aux bornes d'une génératrice électrique est une fonction de la charge de celle- ci, de sa vitesse et de son courant d'excitation. Les deux premières variables, à savoir la charge et la vitesse, sont les grandeurs perturbatrices, tandis que le courant d'excitation est la grandeur de réglage. Les grandeurs perturbatrices influent sur la valeur de la tension que l'on désire régler ; la grandeur de réglage permet précisément de régler cette tension.
Le dispositif régulateur, quel qu'il soit, remplit cette fonction en mesurant la tension à régler et en corrigeant le courant d'excitation pour rétablir la valeur désirée de la tension. La caractéristique du dispositif régulateur, représentant la valeur du courant d'excitation le en fonction de la tension mesurée U, aura donc l'allure connue donnée par la fig. 1.
L'invention vise à réaliser une telle caractéristique au moyen d'un dispositif du type indiqué.
Le dispositif selon l'invention est du type à transistors et fournissant un courant continu qui décroît lorsque la tension de mesure appliquée au dispositif augmente entre des limites correspondant à une plage de réglage. Il est caractérisé en ce qu'il comprend deux circuits alimentés en parallèle par la tension de mesure, dont l'un comprend en série un élément à caractéristique non linéaire et une résistance, et dont l'autre comprend en série une résistance et un transistor de commande, cette dernière résistance étant connectée au collecteur de ce transistor,
et en ce que la base du transistor de commande est connectée au point commun à l'élément non linéaire et à la résistance du premier circuit, la tension qui apparaît entre le point commun à l'émetteur du transistor de commande et à la résistance du premier circuit et le point commun au collecteur du transistor de commande et à la résistance du deuxième circuit étant appliquée à au moins un transistor de réglage dont la commande est effectuée entre l'émetteur et la base, c'est-à-dire qui est monté en émetteur commun.
L'invention comprend aussi une utilisation de ce dispositif, pour le réglage de la tension d'une machine génératrice tournante.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, quelques formes d'exécution du dispositif selon l'invention.
La fig. 1 est un diagramme explicatif.
La fig. 2 est un schéma électrique de la première forme d'exécution.
La fig. 3 est un autre diagramme explicatif.
Les fig. 4, 5, 6, 7 et 8 sont des schémas électriques montrant chacun une autre forme d'exécution. On sait qu'un transistor en montage avec émetteur à la masse, placé en série avec une impédance de valeur fixe et alimenté sous une tension continue, constitue pratiquement un générateur de courant dont l'intensité est à peu près proportionnelle au courant de commande du transistor, c'est-à-dire à son courant de base.
En analysant la courbe donnée par la fig. 1, on constate que pour une tension mesurée inférieure à U" & , le courant d'excitation est maximum, et que pour une tension supérieure à U,n, le courant d'excitation décroît très rapidement; la pente a de la caractéristique donnant précisément le statisme du régulateur. Cela revient à dire que pour U < U"t, le courant de base du transistor est à son plafond et que pour U>U,n, ce courant tend plus ou moins vite vers 0, lorsque U augmente.
En 7, 7a sont indiquées sur la fig. 2 les bornes où est appliquée la tension de mesure.
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Ce dispositif comporte deux circuits alimentés en parallèle par la tension de mesure. Le premier comprend un élément 3 à caractéristique non linéaire, une diode Zener par exemple, en série avec une résistance 6. Le second de ces circuits comprend une résistance 4 en série avec un transistor de commande 2.
Une résistance 5 est disposée entre la base d'un transistor de réglage 1 et le point 20 commun au collecteur du transistor de commande 2 et à la résistance 4 du second circuit précité. Le point 21 commun à l'élément non linéaire 3 et à la résistance 6 est relié à la base du transistor 2. Ainsi, la tension qui apparait entre le point 20 et le point commun à l'émetteur du transistor 2 et à la résistance 6 est appliquée au transistor de réglage 1.
Le transistor de commande 2 et l'élément non linéaire 3 permettent d'obtenir la caractéristique décrite ci-dessus. L'élément 3 possède une caractéristique telle que celle indiquée sur la fig. 3. Appelons Uz la tension correspondant au coude de la caractéristique de l'élément. Tant que la tension de mesure U est inférieure à Uz, le courant de base du transistor de commande 2 est presque nul (car la résistance apparente de l'élément 3 est pratiquement infinie par rapport à celle de la résistance 6) et il en sera de même du courant du collecteur.
Par conséquent, ce collecteur se trouve à un potentiel très négatif par rapport à son émetteur, et la base du transistor de réglage 1 étant par suite très négative par rapport à son émetteur, le courant du collecteur du transistor 1 sera maximum. Cela demeure jusqu'à ce que U atteigne la tension Uz .
A partir de cet instant, la base du transistor de commande 2 devient négative par rapport à l'émetteur et le courant de base croit en même temps que U ; ainsi le transistor 2 devient conducteur et le potentiel de son collecteur se rapprochant de celui de son émetteur, le courant de base du transistor de réglage 1 diminue, puisque son potentiel se rapproche de celui de l'émetteur. Une bonne adaptation des éléments constituant le dispositif, permet, si on le désire, d'obtenir une caractéristique I = I (U) avec un angle a très voisin de n/2.
L'insertion d'une résistance de valeur choisie, entre le point 2.1 et la base du transistor 2 permettrait de donner à la pente a de la caractéristique selon fig. 1 toute valeur désirée.
Dans les fig. 4 à 8, on a désigné par les mêmes numéros de référence que sur la fig. 2 les parties identiques ou homologues pour abréger l'exposé.
L'exemple selon la fig. 4 correspond au cas d'un régulateur de puissance plus élevée. Il suffit de mettre en parallèle le nombre de transistors de puissance nécessaire. Dans cet exemple, il y en a deux: 1 et 1n. Il faut encore dans ce cas ajouter une résistance 10, 10n de très faible valeur (1/1o de la résistance de charge, par exemple), pour compenser partiellement les différences de caractéristiques entre les transistors en parallèle. Dans la forme d'exécution selon la fig. 5, on trouve la mise en série de deux circuits régulateurs identiques,
cela étant nécessaire si la tension de réglage est élevée. Il est alors indispensable que chaque étage (chaque régulateur) ait sa propre charge 19, 19u, et que celle-ci soit de même valeur pour chacun d'eux. Il pourrait y avoir plus de deux étages.
La fig. 6 illustre un dispositif de réglage de la tension continue d'une génératrice à courant continu 12, 11 étant les enroulements d'excitation. L'alimentation en puissance des enroulements d'excitation se fait dans ce cas par la machine réglée, mais il va de soi que la puissance d'alimentation peut tout aussi bien être prise d'ans une source extérieure, à la seule condition de relier le positif de celle-ci au positif de la tension mesurée, comme c'est le cas dans l'exemple selon la fig. 7.
La fig. 8 illustre un dispositif de réglage de la tension alternative d'une génératrice à courant alternatif (alternateur) 15, dont les enroulements d'excitation 14 sont alimentés par un amplificateur rotatif 13 (excitatrice), les enroulements d'excitation 11 de celle-ci étant alimentés par le dispositif régulateur. Dans ce cas, la tension de mesure doit être filtrée (dans un filtre passe-bas par exemple) après redressement, tandis que pour l'alimentation des enroulements 11 en puissance, il suffit de redresser la tension.
Vu la présence d'au moins trois constantes de temps, celles du filtre, de l'excitatrice et de l'alternateur, un circuit correcteur peut être nécessaire pour assurer la stabilité dynamique de la boucle de réglage. Cela est réalisé par le circuit comprenant les éléments 17 et 18, qui applique entre la base et l'émetteur du transistor 2, la dérivée de la tension de l'excitatrice. Il existe évidemment d'autres exemples de circuits stabilisateurs.
Dans une autre variante, ce dispositif régulateur pourrait également régler la vitesse d'un moteur à courant continu, l'induit de celui-ci étant alimenté entre les bornes 8 et 9 du dispositif régulateur et la tension de mesure étant fournie par une génératrice tachymétrique. C'est en fait un réglage de tension d'une génératrice à courant continu (génératrice tachymétrique) obtenu en agissant sur la vitesse de celle-ci.
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Device for Static Adjustment of an Electric Voltage The present invention relates to a device for static adjustment of an electric voltage, direct or alternating, for example the voltage of a rotating generator machine.
We know that the voltage at the terminals of an electric generator is a function of its load, of its speed and of its excitation current. The first two variables, namely load and speed, are the disturbance quantities, while the excitation current is the manipulated variable. The disturbing quantities influence the value of the voltage that is to be regulated; the manipulated variable enables this voltage to be precisely adjusted.
The regulator device, whatever it is, performs this function by measuring the voltage to be regulated and correcting the excitation current to restore the desired value of the voltage. The characteristic of the regulator device, representing the value of the excitation current Ic as a function of the measured voltage U, will therefore have the known shape given in FIG. 1.
The invention aims to achieve such a characteristic by means of a device of the type indicated.
The device according to the invention is of the transistor type and supplies a direct current which decreases when the measurement voltage applied to the device increases between limits corresponding to an adjustment range. It is characterized in that it comprises two circuits supplied in parallel by the measurement voltage, one of which comprises in series an element with a non-linear characteristic and a resistor, and the other of which comprises in series a resistor and a transistor. control, the latter resistor being connected to the collector of this transistor,
and in that the base of the control transistor is connected to the point common to the nonlinear element and to the resistance of the first circuit, the voltage which appears between the point common to the emitter of the control transistor and to the resistance of the first circuit and the point common to the collector of the control transistor and to the resistance of the second circuit being applied to at least one control transistor whose control is carried out between the emitter and the base, i.e. which is mounted as a common transmitter.
The invention also comprises a use of this device, for adjusting the voltage of a rotating generator machine.
The appended drawing represents, by way of examples, some embodiments of the device according to the invention.
Fig. 1 is an explanatory diagram.
Fig. 2 is an electrical diagram of the first embodiment.
Fig. 3 is another explanatory diagram.
Figs. 4, 5, 6, 7 and 8 are electrical diagrams each showing another embodiment. It is known that a transistor in assembly with emitter to the mass, placed in series with an impedance of fixed value and supplied with a direct voltage, practically constitutes a current generator whose intensity is approximately proportional to the control current of the transistor, that is to say at its base current.
By analyzing the curve given in fig. 1, it can be seen that for a measured voltage less than U "&, the excitation current is maximum, and that for a voltage greater than U, n, the excitation current decreases very rapidly; the slope a of the characteristic giving precisely the droop of the regulator. This amounts to saying that for U <U "t, the base current of the transistor is at its ceiling and that for U> U, n, this current tends more or less quickly towards 0, when U increases .
At 7, 7a are indicated in FIG. 2 the terminals where the measurement voltage is applied.
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This device has two circuits supplied in parallel by the measurement voltage. The first comprises an element 3 with a non-linear characteristic, a Zener diode for example, in series with a resistor 6. The second of these circuits comprises a resistor 4 in series with a control transistor 2.
A resistor 5 is arranged between the base of an adjustment transistor 1 and the point 20 common to the collector of the control transistor 2 and to the resistor 4 of the aforementioned second circuit. The point 21 common to the non-linear element 3 and to the resistor 6 is connected to the base of the transistor 2. Thus, the voltage which appears between the point 20 and the point common to the emitter of the transistor 2 and to the resistor 6 is applied to tuning transistor 1.
The control transistor 2 and the non-linear element 3 make it possible to obtain the characteristic described above. Element 3 has a characteristic such as that indicated in FIG. 3. Let us call Uz the tension corresponding to the elbow of the characteristic of the element. As long as the measurement voltage U is less than Uz, the base current of control transistor 2 is almost zero (because the apparent resistance of element 3 is practically infinite with respect to that of resistor 6) and so will the same applies to the collector current.
Consequently, this collector is at a very negative potential with respect to its emitter, and the base of the adjustment transistor 1 being consequently very negative with respect to its emitter, the current of the collector of the transistor 1 will be maximum. This remains until U reaches the voltage Uz.
From this moment, the base of the control transistor 2 becomes negative with respect to the emitter and the base current increases at the same time as U; thus the transistor 2 becomes conductive and the potential of its collector approaching that of its emitter, the base current of the adjustment transistor 1 decreases, since its potential approaches that of the emitter. Good adaptation of the elements constituting the device allows, if desired, to obtain a characteristic I = I (U) with an angle a very close to n / 2.
The insertion of a resistor of chosen value, between point 2.1 and the base of transistor 2 would give the slope a the characteristic according to fig. 1 any desired value.
In fig. 4 to 8, it is designated by the same reference numbers as in FIG. 2 identical or homologous parts to shorten the description.
The example according to fig. 4 corresponds to the case of a higher power regulator. It suffices to put in parallel the number of power transistors necessary. In this example, there are two: 1 and 1n. In this case, it is also necessary to add a resistor 10, 10n of very low value (1 / 1o of the load resistor, for example), to partially compensate for the differences in characteristics between the transistors in parallel. In the embodiment according to FIG. 5, there is the connection in series of two identical regulator circuits,
this is necessary if the adjustment voltage is high. It is then essential that each stage (each regulator) has its own load 19, 19u, and that this is of the same value for each of them. There could be more than two floors.
Fig. 6 illustrates a device for adjusting the DC voltage of a DC generator 12, 11 being the excitation windings. The power supply for the excitation windings is done in this case by the regulated machine, but it goes without saying that the power supply can just as well be taken from an external source, on the only condition of connecting the positive thereof to the positive of the measured voltage, as is the case in the example according to FIG. 7.
Fig. 8 illustrates a device for adjusting the alternating voltage of an alternating current generator (alternator) 15, the excitation windings 14 of which are supplied by a rotary amplifier 13 (exciter), the excitation windings 11 thereof being supplied by the regulator device. In this case, the measurement voltage must be filtered (in a low-pass filter for example) after rectification, while for the power supply of the windings 11, it suffices to rectify the voltage.
Given the presence of at least three time constants, those of the filter, the exciter and the alternator, a correction circuit may be necessary to ensure the dynamic stability of the adjustment loop. This is achieved by the circuit comprising the elements 17 and 18, which applies between the base and the emitter of transistor 2, the derivative of the voltage of the exciter. There are obviously other examples of stabilizer circuits.
In another variant, this regulator device could also regulate the speed of a direct current motor, the armature thereof being supplied between the terminals 8 and 9 of the regulator device and the measuring voltage being supplied by a tachometric generator. . It is in fact a voltage adjustment of a direct current generator (tachometric generator) obtained by acting on the speed thereof.