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Procédé de commande de. dispositifs électriques de connexion,de mesure ou d'indication.
L'alimentati'on de l'enroulement d'aimant d'un dispositif de connexion électro-magnétique, en passant par un redresseur séc connecté à une source de courant al- ternatif, est connue. Avec une. disposition de ce genre, on peut.donner à des dispositifs de connexion automatiques, par exemple à des relais, 'qui'doivent répondre à des chan- gements d'une grandeur,de courant alternatif, une sensi- bilité beaucoup plus grande qu'avec une excitation directe par 'du courant alternatif.
La présente invention a pour objet un procédé et .des dispositions pour .la mise en oeu- vre de ce procédé;.d'après l'invention des dispositifs de connexion, de mesure ou d'indication,,actionnés par du courant continu, doivent fonctioonner en dépendance des
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valeurs effectives de plusieurs grandeurs de courant al- ternatif indépendantes les unes des autres. Ce résultat @ s'obtient, d'après la présente invention, du fait qu'on obtient, par redressement des grandeurs de courant alter- natif, des tensions continues proportionnelles et qu'on se sert de la somme algébriqué des tensions redressées pour l'actionnement du dispositif de connexion, de mesu- re ou d'indication.
Suivant les besoins, la disposition peut être telle que la tension continue agissant sur le dispositif possède une grandeur qui est proportionnelle à la somme ou à la différence des valeurs effectives de deux ou plusieurs grandeurs de courant alternatif in- fluençant le dispositif. Les fluctuations du courant con- tinu pulsatoire peuvent être renduesinoffensives, soit en se servant d'un dispositif ne fonctionnant que sur courant continu, soit en disposant des moyens connus pour tamiser la composante de courant alternatif.
Le dessin ci-joint représente schématiquement des formes d'exécution de dispositions servant à la mise en oeuvre du procédé de l'invention.
Dans la forme d'exécution de la fig. 1, des transformateurs de courant 2,4 et 6 sont attribués aux diverses phases d'un système triphasé 1, et leurs enrou- lements secondaires sont montés chacun en série avec un redresseur sec 3, 5 ou 7 et une résistance 9. La chute de tension aux résistances 9 montées en série sert à l'alimentation de l'enroulement d'aimant d'un relais de courant continu 8. Le courant continu parcourant l'en- roulement d'aimant du relais 8 est proportionnel à la somme algébrique des trois tensions qui sont engendrées aux résistances 9 par redressement des courants alter- natifs obtenus dans les diverses phases par transforma- tion.
Comme l'intensité de ce courant correspond à la valeur moyenne simple des courants de phases, le di.spo sitif électro-magnétique fonctionne de manière sûre même
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lorsque, par exemple par suite de court-circuit ou de . rupture de conducteur, 'certaines tensions ou certains , courants de phases manonent.
Au lieu de monter, ainsi qu'indiqué sur la fig.
1, les éléments de circuit. 2,3, 4,5 et 6,7 de maniè- re que les tensions des courants redressés s'additionnent, on pourrait évidemment les coupler aussi en parallèle.
¯Dans ce cas, on peut se passer des résistances 9. Le courant excitateur du relais 8 est alors proportionnel à la plus forte des intensités se produisant dans l'un des trois.transformateurs de courant. En conséquence une disposition de'ce genre est particulièrement appropriée par les dispositifs de protection contre courants exces- sifs qui exigeaient jusqu'ici un système de relais à plu- sieurs pôles.
, Dans l'exemple d'exécution de la f ig. 2, trois transformateurs de tension 12, 14 et 16 sont connectés à un système triphasé 11 de manière que chacun d'eux soit raccordé à la tension d'une autre phase. A chacun des transformateurs de tension on a attribué secondaire- ment un redresseur sec 13, 15 ou 17, et les trois élé- ments de circuit 12, 13; 14,15 et 16,17, formés par l'enroulement secondaire et le redresseur., sont montés en parallèle entre eux. Le dispositif de connexion électro- magnétique 18 est excité dans ce cas par un courant qui ,est proportionnel à la plus grande des tensions se produi- sant à l'un des transformateurs de tension 12,14, 16.
Dans ce cas aussi, on peut procéder à une modi 'fication en montant entre eux les éléments de circuit, non pas en parallèle, mais en série.
Il faudra alors que les transformateurs soient chargés, de manière semblable à la disposition 'décrite dans la fig. l, en passant par leur redresseur, chacun par une résistance, et les résistances devront être mon- tées en série entre elles et avec l'enroulement d'aimant
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du dispositif de connexion 18. On obtient de cette ma- nière aussi un courant excitateur correspondant à la va- leur moyenne des grandeurs de courant alternatif.
Dans l'exemple d'exécution représenté par la fig. 3, un transformateur de tension 23 ou 25 e'st con- à nectéchacun de deux réseaux de courant alternatif 21 et 22, indépendants l'un de l'autre. Les enroulements se- condaires de ces transformateurs de tension sont connec- tés par des redresseurs 24 ou 26 à des résistances 28, 29, et les tensions continues produites à ces résistances sont couplées en antagonisme. L'enroulement d'aimant du relais 27 est excité par la différence des tensions con- tinues couplées en antagonisme. Dans cette disposition, l'enroulement d'aimant est 'parcouru par un courant conti; nu, dont l'intensité-est proportionnelle à la différence des valeurs effectives des tensions dans les réseaux de courant alternatif 21 et 22.
Si le courant redressé qui alimente, l'enroule- ment d'aimant ne doit pas être proportionnel à la'diffé- rence de deux tensions, mais à la différence de deux in- tensités, il suffit de remplacer les- transformateurs de tension 23 et 25 par des transformateurs de courant correspondants.
Dans tous les montages on peut employer avanta- geusement, en plus du redressement mi-route représenté sur les fig. 1 à 3, tout autre ,couplage de redresseur connu,' par exemple un couplage pleine route.
Les deux grandeurs de courant alternatif qui influencent simultanément le dispositif n'ont pas nécessai- rement besoin d'appartenir à deux systèmes de courant al- ternatif différents. La fig. 4 montre un exemple d'exécu- tion dans lequel on compare avec une disposition d'après l'invention la tension et l'intensité d'un circuit alter- natif. Dans ce but un transformateur de tension 42 et un transformateur de courant 45 sont connectés à un
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réseau alternatif 41'.' Les enroulements secondaires de ces deux transformateurs forment avec des redresseurs 43, 44, 46 et 47, disposés en. couplage potentiométrique, des éléments de- circuit qui sont couplés sur des résistances 'de,charge 48 et 49 de la manière représentée sur le dessin.
La chute de tension des deux résistances 48,49, couplées en.antagonisme, forme la source de courant pour l'enroulement d'aimant d'un relais 52 qui est connecté aux résistances par un disjoncteur 50 et une, bobine de réactance 51. La loi suivant,laquelle le courant exci- tateur du relais 52 agit peut être exprimée par l'équa- tion : i = k . J - g . E, dans laquelle i désigne le courant excitateur de l'en- roulement d'aimant, J la source de courant et E la tension de la source de courant alternatif, tandis que k et g sont des facteurs de proportionnalité. La gran- deur de,ces facteurs dépend du rapport de transformation des transformateurs 42 et 45, ainsi que de la grandeur des résistances 48 et 49. Une disposition du genre décrit en dernier peut être employée par exemple dans des régulateurs pour compoundage ou'pour protection sélective.
En effet, 'si on a soin que l'interrupteur 50 'ne soit fermé qu'en cas de perturbation et qu'après fermeture de l'interrupteur 50, on assure, au moyen d'un calcul ap- proprié de la résistance inductive de la bobine de réac- tance 51, une augmentation de l'intensité dans cette bobine avec le temps.d'une manière exactement prédétermi- née (d'après une courbe exponentielle), il.faut que l'in- tensité d'excitation'de l'enroulement.d'aimant s'élève à la.grandeur à laquelle le relais fonctionne, d'autant plus rapidement que la tension E 'est plus petite, ou que l'intensité J est plus grande, Le relais 52 fonction- nera en conséquence dans le genre 'un relais à impédance.
On peut aussi modifier le! montage,ci-dessus
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décrit de manière que non pas la' valeur totale de la ten- sion redressée mai-s seulement sa partie dépendant de l'accroissement de l'intensité J suive une courbe expo- nentielle. Si on fait alors en sorte que le relais fonc- tionne au changement de direction de la tension continue, on obtient avec une précision suffisante pour une constan- te de temps suffisamment grande du circuit contenant l'enroulement d'aimant le rapport t = T . g E. k . J Ceci signifie que le temps après lequel le relais fonction- ne est proportionnel au quotient de la tension alternati- ve et de l'intensité alternative. c'est-à-dire à l'im- pédance de la ligne.
Dans la forme d'exécution des fig. 3 et 4, le dispositif'à commander est sous l'influence de la difé- rence de deux tensions continues obtenues chacune par re- dressement d'une tension alternative, et se manifestant à deux résistances parcourues par les courants redressés et couplées en antagonisme.
Si on se sert, dans les exemples d'exécution mentionnés en dernier, pour le redressement, des tensions alternatives de redresseurs (par exemple de redresseurs à l'oxyde de cuivre), qui se composent d'élé- ments individuels et dont la caractéristique de courant et de tension n'est pas rectiligne, il est difficile d'en arriver à ce que la disposition fonctionne toujours sans défaut, c'est-à-dire que'le dispositif à commander fonc- tionne exactement au moment dans lequel la compensation entre les grandeurs de courant alternatif à comparer en- tre elles est établie.
Dans ces dispositions du type men- tionné, dans lesquelles chacune des deux résistances est connectée en passant par un redresseur composé d'éléments équivalents,à un transformateur de courant ou de tension, on réussit toutefois, d'après une autre caractéristique
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de l'invention, à exclure toute possibilité d'erreur.
Dans ce'but il faut adapter dans chacun dés deux redres'- seurs le nombre des éléments de redresseur couplés en série .e.t le 'rapport de transformation du transformateur adjoint, de manière qu'aprés terminaison de la compen- sation la même tension alternative soit connectée à chaque élément redresseur, et il faut calculer en même temps les valeurs ohmiques des deux résistances de ma- nière qu'après compensation chaque élément redresseur soit par'couru par un courant continu de même intens ité .
Il n'est pas absolument.nécessaire de changer .le rapport' de transformation de l'un des deux transforma- teurs si ce, rapport ne suffit pas directement aux exigen- ces posées. En pareil cas, il suffit d'établir le rap- port de transformation total exact par disposition d'un' transformateur intermédiaire.
Dans la-disposition de la fig. 5, l'enroulement d'aimant du dispositif à influencer sé compose de deux parties 66 et 67, dont l'une se trouve dans le circuit secondaire d'un transformateur..de tension 62 et l'autre dans le circuit secondaire d'un transformateur-de cou- rant 64 appartenant au même système de courant alter- .natif. 63-et 65 désignent les redresseurs secs ad- joints aux deux transformateurs.
Les deux enroulements 66 et 67 sont disposés en¯forme de bobine croisée suivant un angle mutuel fixe, et tournent en commun entre'les pôles d'un aimant perma- nent (non représenté). La déviation de la bobine est
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alors ,proportionnelle à la grandeur elle déuerd </ P P ? En elle déPerù donc'de l'impédance du circuit alternatif et est
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indépendante de l'angle de déphasage entre le. courant et la tension. On peut utiliser ce rapport, soit pour dé- terminer en cas de court-cirduit le siège de l'avarie, soit pour déplacer au moyen d'un dispositif d'avance une butée pour un contact tournant à une vitesse prescrite, de la manière usuelle dans un type connu de relais à im- pédance.
La disposition de la fig. 5 peut aussi être combinée avec celle de la fig. 4, de manière que lors du passage sous une valeur limite déterminée de l'impédance, le dispositif 66, 67 ferme un contact qui de son côté provoque la fermeture'du 'conjoncteur 50 situé dans le .
' circuit excitateur du relais 52 (fig. 4).
Si on ne veut pas employer le quotient mais le produit des grandeurs E et J pour influencer un disposi- .tif de connexion de mesure ou d'indication, on les fait agir de manière connue 'sur un dispositif opérant d'après le principe de mesurage du débit. Le dispositif fonc- tionne alors comme un wattmètre; toutefois il ne montre pas comme le wattmètre le.débit effectif, mais le débit apparent du circuit alternatif correspondant au produit
E . J. L'application de cette idée aux compteurs de consommation apparente est. évidente.
L'invention n'est pas limitée à l'emploi de dispositifs électro-magnétiques de connexion, de mesure ou d'indication. On peut également employer dans le but indiqué des dispositifs d'autre type,' pour autant qu'on a soin d'exclure l'influence de la composante de courant alternatif du courant redressé.
Si tous les éléments individuels sont montés en série dans les deux redresseurs, les valeurs ohmiques des deux résistances intercalées devant les redresseurs doivent être entre elles dans le même rapport que le nom- bre des éléments individuels des redress rs correspon- dants.. Si des groupes d'éléments de redresseur sont
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couplés en parallèle, la résistance totale du redresseur diminue et il faut alors réduire de manière correspon- dante la 'valeur 'ohmique .de la résistance adjointe inter- calée en avant dans le circuit. 'Il est évident que le dispositif à commande,r doit toujours être connecté entre des points des deux résistances qui sont pourvus, après compensation, du même potentiel.
Dans la dernière forme d'exécution décrite le fonctionnement toujours exact du dispositif à commander est basé sur le fait'que dans le cas d'équilibre des tensions, les redresseurs opèrent dans chaque cas sur des points homologues de leurs caractéristiques de courant et de.tension. Si, les deux redresseurs sont exactement semblables 1'un ± l'autre, leurs caractéristiques le sont aussi et, dans ce cas, les deux points de travail ont exactement même position.
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Method of ordering. electrical connection, measuring or indicating devices.
The supply of the magnet winding of an electromagnetic connection device, passing through a dry rectifier connected to an alternating current source, is known. With a. With an arrangement of this kind, automatic connection devices, for example relays, which have to respond to changes of a magnitude, in alternating current, can be given a much greater sensitivity than with direct excitation by alternating current.
The object of the present invention is a method and. Arrangements for the implementation of this method;. According to the invention of connection, measuring or indicating devices, actuated by direct current, must function in dependence on
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actual values of several alternating current quantities independent of each other. This result @ is obtained, according to the present invention, owing to the fact that, by rectifying the quantities of alternating current, proportional direct voltages are obtained and that the algebraic sum of the rectified voltages is used for l 'actuation of the connection, measurement or indication device.
Depending on requirements, the arrangement may be such that the DC voltage acting on the device has a magnitude which is proportional to the sum or to the difference between the effective values of two or more alternating current magnitudes influencing the device. Fluctuations in pulsating direct current can be made harmless, either by using a device which operates only on direct current, or by providing known means for screening the alternating current component.
The accompanying drawing schematically represents embodiments of arrangements for carrying out the method of the invention.
In the embodiment of FIG. 1, current transformers 2, 4 and 6 are allocated to the various phases of a three-phase system 1, and their secondary windings are each connected in series with a dry rectifier 3, 5 or 7 and a resistor 9. The drop voltage to resistors 9 connected in series is used to supply the magnet winding of a direct current relay 8. The direct current flowing through the magnet coil of relay 8 is proportional to the algebraic sum of the three voltages which are generated at resistors 9 by rectifying the alternating currents obtained in the various phases by transformation.
As the intensity of this current corresponds to the simple average value of the phase currents, the electro-magnetic di.spo sitive operates reliably even
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when, for example as a result of short circuit or. breakage of conductor, 'certain voltages or certain phase currents manonent.
Instead of going up, as shown in fig.
1, the circuit elements. 2, 3, 4, 5 and 6, 7 so that the voltages of the rectified currents are added, one could obviously also couple them in parallel.
¯ In this case, resistors 9 can be dispensed with. The exciter current of relay 8 is then proportional to the strongest of the currents occurring in one of the three current transformers. An arrangement of this kind is therefore particularly suitable for the overcurrent protection devices which heretofore required a multiple pole relay system.
, In the execution example of f ig. 2, three voltage transformers 12, 14 and 16 are connected to a three-phase system 11 so that each of them is connected to the voltage of another phase. Each of the voltage transformers has been assigned a secondary rectifier 13, 15 or 17, and the three circuit elements 12, 13; 14,15 and 16,17, formed by the secondary winding and the rectifier., Are connected in parallel with each other. The electromagnetic connection device 18 is energized in this case by a current which is proportional to the greatest of the voltages occurring at one of the voltage transformers 12, 14, 16.
In this case too, a modification can be made by connecting the circuit elements between them, not in parallel, but in series.
The transformers will then have to be loaded, similar to the arrangement described in fig. l, passing through their rectifier, each through a resistor, and the resistors must be mounted in series with each other and with the magnet winding
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of the connection device 18. In this way also an exciter current corresponding to the mean value of the alternating current magnitudes is obtained.
In the exemplary embodiment represented by FIG. 3, a voltage transformer 23 or 25 is connected to each of two alternating current networks 21 and 22, independent of each other. The secondary windings of these voltage transformers are connected by rectifiers 24 or 26 to resistors 28, 29, and the DC voltages produced at these resistors are coupled in antagonism. The magnet winding of relay 27 is energized by the difference of the dc voltages coupled in antagonism. In this arrangement, the magnet winding is' traversed by a direct current; nu, the intensity of which is proportional to the difference of the effective values of the voltages in the alternating current networks 21 and 22.
If the rectified current which feeds the magnet winding should not be proportional to the difference of two voltages, but to the difference of two currents, it is sufficient to replace the voltage transformers 23 and 25 by corresponding current transformers.
In all the assemblies, it is possible to advantageously use, in addition to the halfway recovery shown in FIGS. 1 to 3, any other known rectifier coupling, for example a full-road coupling.
The two alternating current magnitudes which simultaneously influence the device do not necessarily need to belong to two different alternating current systems. Fig. 4 shows an exemplary embodiment in which the voltage and current of an AC circuit are compared with an arrangement according to the invention. For this purpose a voltage transformer 42 and a current transformer 45 are connected to a
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alternative network 41 '.' The secondary windings of these two transformers form with rectifiers 43, 44, 46 and 47, arranged in. potentiometric coupling, circuit elements which are coupled to load resistors 48 and 49 as shown in the drawing.
The voltage drop of the two resistors 48,49, coupled in antagonism, forms the current source for the magnet winding of a relay 52 which is connected to the resistors by a circuit breaker 50 and a reactance coil 51. The following law on which the exciter current of relay 52 acts can be expressed by the equation: i = k. J - g. E, where i denotes the exciting current of the magnet coil, J the current source and E the voltage of the alternating current source, while k and g are proportionality factors. The magnitude of these factors depends on the transformation ratio of transformers 42 and 45, as well as the magnitude of resistors 48 and 49. An arrangement of the kind described last may be employed, for example, in regulators for compounding or for compounding. selective protection.
Indeed, 'if care is taken that the switch 50' is closed only in the event of a disturbance and that after closing of the switch 50, it is ensured, by means of an appropriate calculation of the inductive resistance of the reactance coil 51, an increase in the current in this coil with time. in an exactly predetermined manner (according to an exponential curve), it is necessary that the current of excitation 'of the magnet winding rises at the magnitude at which the relay operates, the faster the smaller the voltage E', or the larger the current J, The relay 52 will therefore function as an impedance relay.
You can also modify the! montage, above
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described so that not the total value of the rectified voltage but only its part depending on the increase in current J follows an exponential curve. If we then make the relay operate when the direct voltage changes direction, we obtain with sufficient precision for a sufficiently large time constant of the circuit containing the magnet winding the ratio t = T . g E. k. J This means that the time after which the relay operates is proportional to the quotient of the alternating voltage and the alternating current. that is to say to the impedance of the line.
In the embodiment of FIGS. 3 and 4, the device to be controlled is under the influence of the difference of two direct voltages each obtained by rectifying an alternating voltage, and manifesting itself at two resistances traversed by the rectified currents and coupled in antagonism. .
If, in the last mentioned execution examples, the alternating voltages of rectifiers (for example copper oxide rectifiers), which consist of individual components and whose characteristic of current and voltage is not rectilinear, it is difficult to achieve that the arrangement always operates without fault, that is to say that the device to be controlled operates exactly at the moment in which the compensation between the alternating current magnitudes to be compared with each other is established.
In these arrangements of the type mentioned, in which each of the two resistors is connected passing through a rectifier composed of equivalent elements, to a current or voltage transformer, however, according to another characteristic
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of the invention, to exclude any possibility of error.
For this purpose it is necessary to adapt in each of the two rectifiers the number of rectifier elements coupled in series. And the transformation ratio of the assistant transformer, so that after termination of the compensation the same alternating voltage is connected to each rectifying element, and the ohmic values of the two resistors must be calculated at the same time so that after compensation each rectifying element is carried by a direct current of the same intensity.
It is not absolutely necessary to change the transformation ratio of one of the two transformers if this ratio is not directly sufficient to meet the requirements. In such a case, it suffices to establish the exact total transformation ratio by arrangement of an intermediate transformer.
In the arrangement of FIG. 5, the magnet winding of the device to be influenced consists of two parts 66 and 67, one of which is in the secondary circuit of a voltage transformer 62 and the other in the secondary circuit of a current-transformer 64 belonging to the same AC system. 63-and 65 designate the dry rectifiers attached to the two transformers.
The two windings 66 and 67 are arranged in the form of a crossed coil at a fixed mutual angle, and rotate in common between the poles of a permanent magnet (not shown). The deflection of the coil is
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then, proportional to the size it deuerd </ P P? In it therefore dePerù 'of the impedance of the alternating circuit and is
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independent of the phase angle between the. current and voltage. This ratio can be used either to determine in the event of a short-circuit the seat of the damage, or to move by means of a feed device a stop for a contact rotating at a prescribed speed, in the manner usual in a known type of impedance relay.
The arrangement of FIG. 5 can also be combined with that of FIG. 4, so that when passing under a determined limit value of the impedance, the device 66, 67 closes a contact which in turn causes the closing of the contactor 50 located in the.
'relay 52 exciter circuit (fig. 4).
If one does not want to use the quotient but the product of the quantities E and J to influence a measuring or indicating connection device, they are made to act in a known manner on a device operating according to the principle of flow measurement. The device then functions like a wattmeter; however, it does not show, like the wattmeter, the effective flow, but the apparent flow of the AC circuit corresponding to the product
E. J. The application of this idea to apparent consumption meters est. obvious.
The invention is not limited to the use of electro-magnetic connection, measuring or indicating devices. Devices of other type can also be used for the stated purpose, provided that care is taken to exclude the influence of the alternating current component of the rectified current.
If all the individual elements are connected in series in the two rectifiers, the ohmic values of the two resistors inserted in front of the rectifiers must be in the same relation to each other as the number of the individual elements of the corresponding rectifiers. groups of rectifier elements are
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Coupled in parallel, the total resistance of the rectifier decreases and it is then necessary to correspondingly reduce the ohmic 'value' of the adjunct resistance inserted in front of the circuit. It is obvious that the control device, r must always be connected between points of the two resistors which are provided, after compensation, with the same potential.
In the last embodiment described, the always exact operation of the device to be controlled is based on the fact that in the case of voltage equilibrium, the rectifiers operate in each case on points corresponding to their current characteristics and. voltage. If the two rectifiers are exactly similar to each other, so are their characteristics and, in this case, the two working points have exactly the same position.