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.METHODE ET MOYENS PERFECTIONNES POUR REGLER LA TENSION DANS LES DISTRIBUTIONS DE COURANT ALTERNATIF.
Cette invention se rapporte aux systèmes- de réglage de la tension dans les distributions de courant alternatif, de la catégorie où il est fait usage de réacteurs avec enroule- ments connectés entre le circuit de la charge et des prises spéciales branchées sur l'enroulement d'un transformateur.
Dans les systèmes de réglage tels qu'ils étaient connus jusqu'à présent il a toujours été nécessaire d'avoir des en- roulements magnétisants séparés sur les réacteurset d'em- ployer extérieurement des agencements électriques compliqués pour faire varier le courant dans ces enroulements, et, par là même les inductances des réacteurs, afin d'aboutir à l'ef- fet recherché pour le réglage de la tension,,
Or, la présente invention a pour objet de réaliser une méthode perfectionnée et des moyens simplifiés de réglage au- n
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tomatique de la tension dans les distributions de courant alter- natif;
elle est caractèrisée en ptemier lieu par l'emploi de bobi- nes de réactance (Choke) ayant des caractèristiques d'électro- magnétisme qui sont dissemblables, pour une connexion entre le circuit de charge et les prises branchées sur l'enroulement du transformateur.
Selon cette invention, il est fait usage de bobines de réac- tance simples ayant des caractéristiques électro-ùiagnétiques différentes, connectées entre le circuit de charge et les prises branchées sur les enroulements du transformateur et agissant auto- matiquement de telle sorte que le règlage de la tension sera pro- duit par le seul effet de ces bobines de réactance et du trans- formateur.
Le système de réglage perfectionné pourra, selon les circons- tances et l'objectif, avoir l'ordonnance voulue pour produire une caractéristique de tension qui augmentera, ou diminuera, ou bien restera à peu près constante à mesure de l'accroissement du cou- rant ; c'est pourquoi il conviendra tout spécialement pour arriver à surmonter la chute de tension qui peut survenir quand la charge augmente pour des câbles, des enroulements de transformateur et autres analogues, ou bien pour la compenser.
Dans la mise en oeuvre pratique de cette invention, par exemple, dans le but d'obtenir compensation pour la chute de vol- tage survenant pour des cables et des enroulements de transforma- teurs, il est fait emploi d'un transformateur ayant des prises pouvant donner issue à des tensions électriques au delà et en des- sous de celle recherchée pour le circuit de consommation qui est d'une part connecté directement à un des bouts de l'enroulement du transformateur et d'autre part est connecté par l'interven- tion des deux bobines de réactance dissemblables, aux prises branchées sur l'enroulement du transformateur, Dans l'exemple considéré ici la bobine de réactance connectée au point de prise où la tension est à son chiffre extrême du haut a, de préférence,
un noyau à circuit fermé dont la saturation se produit à des va-
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leurs de courant relativement basses tandis que l'autre bobine de réactance, connectée au point de prise àù la tension électri- que est au chiffre extrême du bas, a une induction magnétique moindre sonn noyau étant, de préférence, ouvert par une solution de continuité; afin de contribuer à l'obtention de la caractèris- tique recherchée. Les deux bobines de réactance peuvent être considérées comme disposées en série et faisant pont sur les pri- ses du transformateur, le potentiel du circuit de charge étant déterminé par la tension existant au point commun à ces deux bo- bines de réactance.
A charge nulle la bobine de réactance à forte induction absorbe une certaine partie de la tension entre les prises ; mais à mesure de l'augmentation de courant, la tension de la bobine à faible induction tnagnétique s'accroît plus rapidement que la tension de celle à forte induction, et la dépasse d'une quantité qui peut se régler en sorte d'établir compensation pour la chute de tension survenant dans des cables et des enroulements de transformateur.
L'invention fait l'objet d'une description plus complète, ainsi qu'il suit, avec référence aux dessins annexés, dans les- quels :
Fig. 1 représente schématiquement un exemple du système perfectionné pour le réglage de la tension, lorsqu'il s'agit d'un transformateur à deux enroulements;
Fige 2 et 3 donnent des vues schématiques de formes diffé- rentes de bobines de réactance;
Figs 4 et 5 donnent respectivement une vue en élévation de face et une vue en élévation latérale d'une bobine de réaotance à induction magnétique variable;
Fig. 6 est un schéma qui montre une ordonnance modifiée du système régulateur de la tension, quand il s'agit d'un transfor- mateur automatique;
Fig. 7 donne le schéma d'une autre forme de bobine de réac- tance à induction magnétique variable.
Dans la fig.l l'appareil comprend un transformateur 1 à double enroulement c'est à dire avec enroulement primaire 2 dont
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les bornes 3 peuvent être rattachées à une source débitant du courant alternatif ( non représentée ici) et avec enroulement secondaire 4 dont la plaine tension entre les bornes 5 et 6, dé- passe,quand la charge est nulle, latension qui est nécessitée pour le circuit de charge. Cet enroulement secondaire 4 comporte, en outre, une prise 7 débitant une tension, par rapport à la bor- ne 5, inférieure à celle demandée pour le circuit de charge.
Le système comprend aussi deux bobines de réactance dont les enrou- lements 8 et 10 se rattachent par un bout à la borne 6 et à la prise 7 respectivement, tandis que par l'autre bout ils se rat- tachent à un feeder 12 desservant le circuit de charge, L'autre feeder désigné par 13, desservant le circuit de charge, est rat- taché à la borne 5 de l'enroulement du transformateur.
La bobine de réactance 8 a un noyau de fer à laminations 9 constituant un circuit magnétique fermé, tandis que la bobine de réactance 10 a, de préférence, son noyau 11 rompu par une solu- tion de continuité. La conception précise des noyaux et des en- roulements de bobines de réactance dépendra de différents facteurs tels que le chiffre et la nature de la charge en cause ainsi que de la valeur de la chute de tension ( à compenser) entre l'état de charge nulle et celui de la pleine charge appliquée.
On peut voir que les deux enroulements 8 et 10 sont connectés en série l'un avec l'autre, aux points limites 6 et 7 du bobina- ge secondaire du transformateur; dans ces conditions,quand le primaire de ce transformateur sera excité et qu'il n'y aura pas d'appareil consommateur de courant raccordé aux bornes de départ 12 et 13, les enroulements de bobines de réactance seront traver- sés par du courant et la tension mesurée entre les bornes 6 et 7 sera répartie entre les deux enroulements 8 et 10 à un degré qui dépendra en principe des inductances relatives de ces deux bobines pour la valeur de ce courant, Les deux bobines de réac- tance ont la conception ainsi que les proportions voulues,
de même que le point de prise ou de captage 7 et la pleine tension aux bornes 12 et 13 sont tels que la tension alors produite en- tre les bornes 12 et.13 soit celle que l'on veut faire débiter
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aux bornes de départ quand il n'y a pas de charge qui leur est reliée ; et, en cette circonstance, aucun des noyaux des bobines de réactance ne subira la saturation magnétique ; le courant tra- versant leurs spires sera, préférablement rendu le plus bas possi- ble comparativement à celui maximum qu'il faut compter pour les appareils consommateurs, tout en restant de conformité avec des caractéristiques de marche satisfaisantes de l'appareil sous dif- férentes charges.
La bobine de réactance 8 est exécutée de telle sorte qu'une forte augmentation de courant impliquera un accroissement relati- vement faible de la tension aux bornes; cette condition se réali- se en adaptant une valeur appropriée pour l'inducteur ou la densi- té de magnétisation dans le noyau, La bobine de réactance 10,d'au- tre part, est éxècutée de telle sorte qu'il faudra proportionnelle- ment un plus fort accroissement de la tension à ses bornes lors- que ses enroulements seront traversés par un courant plus fort,que ce n'est le cas pour la bobine de réactance 8; et, pour aboutir à ce résultat, le noyau peut être rendu à induction plus basse que celle appliquée au noyau de celle 8 en envisageant l'état de char- ge nulle ;
d'air( entrefer) ménagé dans le circuit ma- gnétique contribue à faire obtenir ce résultat. Bien que les noyaux de ces bobines de réactance soient décrits comme étant construits en fer, il convient de noter que d'autres matières premières pour- raient être employées, soit, par exemple, des alliages dotés des caractèristiques convenables ; et la valeur exacte de l'induction dans leurs circuits magnétiques( en particulier pour la bobine de réactance 8) dépendra des caractéristiques magnétiques de la ma- tière choisie pour ces noyaux.
Quand une charge est rattachée aux bornes de départ 12 et 13 sous la fore d'un appareil consommateur de courant, l'enroulement 8 est traversé par un courant plus fort, ce qui provoque un accroîs sement de la tension entre les bornes 6 et 12. Le mode de fonc- tionnement sera le mieux compris en se rapportant à une charge de nature à rendre le facteur de puissance à peu près égal à l'unité, @
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auquel cas l'on aura un angle de forte amplitude entre le vecteur de son Voltage et le vecteur de la tension entre les bornes de la bobine de réactance 8. Il y aura également alors une augmentation de la tension aux bornes de la bobine de réactance 10 et en consé- quence, un accroîssement du courant passant à travers cet enroule- ment 10.
Moyennant une ordonnance appropriée on peut arriver à ce que ces accroissements respectifs de la tension pour les deux bobines de réactance soient de nature à garantir que la tension obtenable entre les bornes de départ 12 et 13 augmentera à mesure de l'ac- croissement de la charge qui leur sera reliée jusqu'à un point cor- respondant à la pleine capacité de l'appareil, ce qui réalisera la compensation à peu près pour toutes les valeurs de chutes de ten- sion survenant dans les conducteurs.
L'on doit ajouter ici que le modèle de transformateur peut être n(importe lequel des types ordinaires qu'on trouve dans le comraerce; bien que la fig. 1 le représente schématiquement co@mme équipé d'un enroulement primaire et d'un enroulement secondaire qui sont bobinés sur des bras séparés, on le réalisera de conformité avec les règles usuelles de la pratique, en visant à ce qu'il ait l'efficience et la qualité voulues pour la destination en question.
De plus, la bobine de réactance peut affecter n'importe quelle forme jugée convenable. Ainsi, par exemple, ses enroulements pour- ront être montés sur un noyau ayant la forme rectangulaire et fermée telle qu'on la voit en fig.l ou bien encore le noyau à la- minations pourrait être de forme annulaire, comme représenté en fig. 2 ou bien affecter la forme à coquille visible en fig.3.
Le noyau 11 de la bobine de réactance 10 peut être exécuté avec un entrefer de dimension fixée ou bien d'intervalle réglable/ Les figures 4 et 5 se rapportent à une forme constructive où le noyau comporte une partieu de corps 14 constituée par un ensemble de lamelles boulonnées ou bien fixées entre elles de toute autre manière convenable,et une partie formant jong 15 de construction similaire. L'enroulement de la bobine de réactance entoure l'un des n
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bras de la partie de corps 14 du noyau, et le jong 15 est relié à la partie principale de l'enroulement par des boulons garde-dis- tance 16 de telle sorte que l'entrefer formant l'intervalle de rè- gle dans le but de faire varier les caractéristiques électro-magne-- tiques de la bobine deréactance.
La fig. 6 donne une vue schématique d'un système régulateur de la tension, qui est précisément semblable à celui décrit en corrélation avec la fig. 1 sauf qu'il est équipé d'un auto-trans- formateur plutôt que d'un transformat eur à double enroulement.
En pareil cas le même enroulement est relié, par des prises conve- nables, à la source d'énergie électrique ainsi qu'au circuit de charge et aux bobines de réactance du réglage,
Dans certaines circonstances il peut être jugé désirable de recourir à une forme de bobine de réactance modifiée par rapport à celle de la fig. 1 et d'adopter une construction dans laquelle le noyau de fer ou bien l'une ou l'autre de ses parties aura un appui avec faculté d'exécuter un mouvement sous la commande d'un, contrepoids ou d'un ressort. L'une des modalités de cette construo- tion a été schématiquement représentée en fig. 7 où l'on a désigné par 17 l'enroulement de la bobine et par 18 le noyau, partielle- ment tenu en suspension ( à l'intérieur de la bobine) à un support 20 duquel descend le ressort 19.
L'on peut prévoir des moyens pour mettre au point la position initiale du moyen, en prévoyant pa.r exemple une tige à vis et écrous 22 ou bien un autre accessoi- re de ce genre, Ces pièces a.uront le réglage voulu à mesure que le courant passera à travers l'enroulement et qu'il augmentera quand la charge sera reliée aux bornes 12 et 13 le noyau sera at- tiré davantage à l'intérieur de la bobine, ce qui fera croître l'inductance de la bobine de réactance.
Bien que, dans le texte descriptif qui précède, on n'ait pris en considération que l'application du système perfectionné pour le réglage de la tension à une canalisation débitant du courent mono- phase, il faut noter que ce système régulateur est également ap- plicable à des réseaux débitant du courant polyphasé. Ainsi, par
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exemple, dans un réseau à courant triphasé il y aurait trois sys- tèmes régulateurs qui seraient disposés suivant la description ci dessus, et que pourraient avoir pour leurs enroulements de transformateurs un couplage en étoile; alors dans cette distri- bution triphasée avec ce réglage, le courant serait disponible aux points de connexion entre les bobines de réactance.
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.PROFECTIONAL METHOD AND MEANS FOR ADJUSTING THE VOLTAGE IN THE ALTERNATIVE CURRENT DISTRIBUTIONS.
This invention relates to systems for regulating the voltage in alternating current distributions, in the category where use is made of reactors with windings connected between the load circuit and special taps connected to the winding of the load. 'a transformer.
In the control systems as known heretofore it has always been necessary to have separate magnetizing windings on the reactors and to employ complicated electrical arrangements externally to vary the current in these windings. , and thereby the reactor inductances, in order to achieve the desired effect for the voltage regulation ,,
Now, the object of the present invention is to provide an improved method and simplified means of adjustment.
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tomatic of voltage in alternating current distributions;
it is characterized in the first place by the use of reactance coils (Choke) having electromagnetic characteristics which are dissimilar, for a connection between the load circuit and the taps connected to the winding of the transformer.
According to this invention, use is made of simple reactor coils having different electro-magnetic characteristics, connected between the load circuit and the taps connected to the windings of the transformer and acting automatically so that the regulation of the voltage. the voltage will be produced by the sole effect of these reactance coils and the transformer.
The improved control system may, depending on the circumstances and the objective, have the desired order to produce a voltage characteristic which will increase, or decrease, or remain nearly constant as the cost increases. rant; this is why it will be especially suitable for overcoming or compensating for the voltage drop which may occur when the load increases for cables, transformer windings and the like.
In the practical implementation of this invention, for example, in order to obtain compensation for the voltage drop occurring in transformer cables and windings, use is made of a transformer having taps. capable of giving rise to electrical voltages above and below that desired for the consumption circuit which is on the one hand connected directly to one end of the transformer winding and on the other hand is connected by the intervention of the two dissimilar reactance coils, to the taps connected to the winding of the transformer, In the example considered here the reactance coil connected to the tap point where the voltage is at its extreme upper figure a, preferably,
a closed-circuit nucleus whose saturation occurs at
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their current values are relatively low while the other reactance coil, connected to the tap point where the electric voltage is at the lowest extreme digit, has less magnetic induction as its core is preferably opened by a break in continuity ; in order to contribute to obtaining the desired characteristic. The two reactance coils can be considered as arranged in series and bridging the transformer taps, the potential of the load circuit being determined by the voltage existing at the point common to these two reactance coils.
At zero load, the high induction reactance coil absorbs a certain part of the voltage between the taps; but as the current increases, the voltage of the low magnetic induction coil increases more rapidly than the voltage of the high induction coil, and exceeds it by an amount which can be adjusted to establish compensation. for voltage drop occurring in cables and transformer windings.
The invention is the subject of a more complete description, as follows, with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 schematically shows an example of the improved system for regulating the voltage, in the case of a transformer with two windings;
Figures 2 and 3 give schematic views of different shapes of reactance coils;
Figs 4 and 5 show a front elevational view and a side elevational view, respectively, of a variable magnetic induction reotance coil;
Fig. 6 is a diagram showing a modified order of the voltage regulator system, when it is an automatic transformer;
Fig. 7 gives the diagram of another form of variable magnetic induction reactor.
In fig.l the apparatus comprises a transformer 1 with double winding, that is to say with primary winding 2 of which
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terminals 3 can be attached to a source delivering alternating current (not shown here) and with secondary winding 4, the voltage of which between terminals 5 and 6 exceeds, when the load is zero, the voltage which is required for the charging circuit. This secondary winding 4 also comprises a tap 7 delivering a voltage, with respect to terminal 5, lower than that required for the load circuit.
The system also includes two reactance coils whose windings 8 and 10 are attached at one end to terminal 6 and to socket 7 respectively, while at the other end they are attached to a feeder 12 serving the load circuit, The other feeder designated by 13, serving the load circuit, is attached to terminal 5 of the transformer winding.
The reactance coil 8 has a laminated iron core 9 constituting a closed magnetic circuit, while the reactance coil 10 preferably has its core 11 broken by a solution of continuity. The precise design of the cores and the reactance coil windings will depend on various factors such as the number and nature of the load involved as well as the value of the voltage drop (to be compensated for) between the state of charge zero and that of the full load applied.
It can be seen that the two windings 8 and 10 are connected in series with each other, at the end points 6 and 7 of the secondary winding of the transformer; under these conditions, when the primary of this transformer is energized and there is no current consuming device connected to the outgoing terminals 12 and 13, the reactance coil windings will be traversed by current and the voltage measured between terminals 6 and 7 will be distributed between the two windings 8 and 10 to a degree which will depend in principle on the relative inductances of these two coils for the value of this current. The two reactance coils have the design as follows that the desired proportions,
just as the tap or capture point 7 and the full voltage at terminals 12 and 13 are such that the voltage then produced between terminals 12 and 13 is that which is to be charged
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at the outgoing terminals when there is no load connected to them; and, in this circumstance, none of the cores of the reactance coils will undergo magnetic saturation; the current flowing through their turns will preferably be made as low as possible compared to that which must be counted for consuming devices, while remaining in conformity with the satisfactory operating characteristics of the device under different conditions. charges.
The reactance coil 8 is designed in such a way that a large increase in current will imply a relatively small increase in the voltage at the terminals; this condition is realized by adapting an appropriate value for the inductor or the density of magnetization in the core. The reactance coil 10, on the other hand, is executed in such a way that it will have to be proportional- a greater increase in the voltage at its terminals when its windings are crossed by a stronger current, than is the case for the reactance coil 8; and, to achieve this result, the core can be made to inductively lower than that applied to the core of that 8 by considering the state of zero load;
air gap (air gap) in the magnetic circuit helps to achieve this result. Although the cores of these reactance coils are described as being constructed of iron, it should be noted that other raw materials could be employed, eg, for example alloys having the suitable characteristics; and the exact value of induction in their magnetic circuits (in particular for the reactance coil 8) will depend on the magnetic characteristics of the material chosen for these cores.
When a load is attached to the outgoing terminals 12 and 13 under the fore of a current consuming device, the winding 8 is crossed by a stronger current, which causes an increase in the voltage between terminals 6 and 12 The mode of operation will be best understood by referring to a load such as to make the power factor approximately equal to unity, @
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in which case there will be an angle of high amplitude between the vector of its Voltage and the vector of the voltage between the terminals of the reactance coil 8. There will also then be an increase in the voltage at the terminals of the reactance coil. 10 and consequently an increase in the current passing through this winding 10.
By means of an appropriate order, it can be achieved that these respective increases in voltage for the two reactance coils are such as to guarantee that the voltage obtainable between the outgoing terminals 12 and 13 will increase as the voltage increases. load which will be connected to them up to a point corresponding to the full capacity of the device, which will realize the compensation for approximately all the values of voltage drops occurring in the conductors.
It should be added here that the transformer model can be any of the ordinary types found in the trade; although fig. 1 shows it schematically as equipped with a primary winding and a secondary winding which are wound on separate arms, it will be carried out in accordance with the usual rules of practice, aiming to have the efficiency and quality required for the destination in question.
In addition, the reactance coil can take any shape deemed suitable. Thus, for example, its windings could be mounted on a core having the rectangular and closed shape as seen in fig. 1 or else the laminated core could be annular in shape, as shown in fig. . 2 or take the shell shape visible in fig. 3.
The core 11 of the reactance coil 10 can be executed with an air gap of fixed size or of adjustable interval / Figures 4 and 5 relate to a constructive form where the core comprises a part of body 14 constituted by a set of lamellae bolted or otherwise secured together in any other suitable manner, and a jong portion 15 of similar construction. The winding of the reactance coil surrounds one of the n
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arm of the body part 14 of the core, and the jong 15 is connected to the main part of the winding by distance guard bolts 16 so that the air gap forming the rule gap in the aim to vary the electromagnetic characteristics of the reactance coil.
Fig. 6 gives a schematic view of a voltage regulator system, which is precisely similar to that described in correlation with FIG. 1 except that it is equipped with an auto-transformer rather than a double winding transformer.
In such a case the same winding is connected, by suitable taps, to the source of electrical energy as well as to the load circuit and to the regulating reactance coils,
In certain circumstances it may be deemed desirable to resort to a form of reactance coil modified from that of FIG. 1 and adopt a construction in which the iron core or one or the other of its parts will be supported with the ability to execute a movement under the control of a counterweight or a spring. One of the methods of this construction has been schematically represented in FIG. 7 where the winding of the coil is designated by 17 and by 18 the core, partially held in suspension (inside the coil) to a support 20 from which the spring 19 descends.
Means can be provided for setting the initial position of the means, by providing for example a screw and nut rod 22 or another such accessory. These parts will have the desired adjustment at As the current passes through the winding and increases when the load is connected to terminals 12 and 13 the core will be drawn more inside the coil which will increase the inductance of the coil reactance.
Although, in the foregoing descriptive text, only the application of the improved system for regulating the tension to a pipeline delivering single-phase current has been considered, it should be noted that this regulating system is also applicable. - plicable to networks delivering polyphase current. Thus, by
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For example, in a three-phase current network there would be three regulator systems which would be arranged as described above, and which could have a star coupling for their transformer windings; then in this three-phase distribution with this setting, current would be available at the connection points between the reactance coils.