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AUX SYSTEMES DE REGULATION.-
La présenta invention vise des circuits et dispositifs servant à régler une grandeur ou un élément électrique d'un circuit suivant les va- riations d'un élément électrique d'un second circuit,
Il est souvent désirable de soumettre au réglage d'une grandeur électrique d'un circuit (tension, intensité, facteur de puissance, etc...
par exemple) un ou plusieurs éléments électriques d'un second circuit, On peut en 'trouver l'exemple dans le cas bien connu d'un alternateur comportant une ex- citatrice à courant continu, cas pour lequel on s'arrange généralement à aug- menter la tension de l'oxcitatrico sous l'effet de toute baisse de tension survenant aux bornes de l'alternateur. Les différents appareils ou dispositifs
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étudiés jusqu'ici pour réaliser cette action mutuelle de réglage entre deux circuits comportent généralement des complications et mettent en jeu des relais, des contacts mobiles, etc.....
L'invention a pour objet d'éviter ces inconvénients et de créer un système perfectionné assurant des variations sur un circuit électrique sous l'effet des variations se produisant dans un autre circuit, avec un fonctionnement simple, sur et économique. Elle permet en particulier d'utili- ser un système statique perfectionne dans lequel toute variation d'une inten- sité ou d'une tension dans un circuit @ courant alternatif ou à courant con- tinu) entraîna une variation déterminée à l'avance de la tension du courant ou d'un élément donné d'un second circuit (qui peut également être à courant alternatif ou à courant continu).
Suivant l'invention, le circuit soumis au réglage ost intercon- necté avec le circuit de réglage au moyen d'un élément résistant dont la ré- sistance ohmique varie en fonction du courant qui le traverse*
La résistance utilisée comporte, soit un élément composé d'une matière de résistance ayant un certain nombre de surfaces ou de points de contact auxquels peuvent être reliés les circuits en jeu, ou bien un certain nombre d'éléments de-résistance montés dans un pont de Wheatstone de telle sorte que les circuits de réglage en représentent les diagonales.
La résistance utilisée peut être .avantageusement composée de matière offrant les caractéristiques désirées (de résistance positive ou négative). Un exemple d'une telle résistance a été donné dans la brevet belge No 352.3Q9 du 22 Juin 1928 de la Société demanderesse, qui se prête parfaite- ment à l'application de l'invention. Elle est composée en général d'un mélan- ge de carbure de silicium et de graphite dont les proportions et le traitement doivent être exactement réglés. On a trouvé que, dans ces résistances, le cou- rant agit de telle façon que le flux dans un noyau de òr réduit la résistan- ce au passage du courant émanant de l'autre circuit.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles at les avan- tages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple non limitatif, et dans lesquels :
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La Fig.l représente l'application de l'invention au réglage de la tension d'un circuit à courant continu suivant les variations de tension d'un circuit à courant alternatif (ou vice-versa), à l'aide d'un simple élé- ment de résistance dont quatre des facettes opposées servent de prises de courant.
La Fig.2 est unevariante de la Fig.l dont un des circuits est triphasée.
La Fig.3 représente une autre variante dans laquelle l'élément unique de résistance est remplacé par quatre éléments montés en pont de Wheat- stone.
La Fig.4 reproduit la caractéristique établie avec les intensi- tés à courant continu comme abscisses et les tensions à courant alternatif comme ordonnées, dans un montage tel que celui de la Fig.3.
La Fig.5 reproduit un oscillogramme des intensités et des ten- sions relatives à la même figure.
La Fig.6 représente schématiquement l'application de l'invention à un régulateur de tension perfectionné commandant un alternateur triphasé.
La Fig.7 reproduit des courbes de fonctionnement d'un tel régula- teur,
Dans la Fig.l, on a représenté l'action mutuelle des circuits 11 et 10 à courant alternatif et à courant continu, au moyen d'un élément de ré- sistance 12. Le circuit 10 est excité à l'aide d'une source à courant continu 13 et il fournit le courant à l'appareil d'utilisation 14. De marne, le cir- cuit à courant alternatif 11 est excité par une source 15'qui fournit le cou- rant à l'appareil d'utilisation 16. L'élément de résistance 12 comporte un simple élément avec deux paires de faces opposées 17-la et 19-20 servant de prise de courant. Le circuit à courant continu 10 est relié aux faces oppo- sées 17 et 18, et le circuit à courant alternatif 11 aux faces oppo....... sées 19 et 20.
Ces connexions sont représentées sous forme schématique, mais il est évident que n'importe quelle plaque de contact peut assurer la conduc- tibilité désirée. pour exposer le fonctionnement du dispositif décrit, on suppose- ra qu'on désire réduire la tension du circuit à courant continu 10, lorsqu'il se produit une augmentation de tension sur le circuit à courant alternatif 11 (cas qui correspond à la réduction d'excitation qu'il faut donner à l'alterna- teur 15 dont la tension augmelte.) Dans ce cas, l'élément de résistance 12
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offre une caractéristique intensité-résistance négative, et quand la tension du circuit 11 dépasse la valeur normale, la résistance 12 diminue en vertu de cotte même caractéristique.
La/variation de résistance entre les faces de contact 19 et 20 se reproduit entre les faces 17 et 18, de sorte que la ré- sistance qui shunte le circuit 14 diminue et le courant emprunté au circuit 10 augmente, et la tension du circuit diminue (en supposant que la source 13 offre une caractéristique intensité-tension de forme tombante).
Il est évident qu'en cas de baisse de tension sur le circuit à courant alternatif 11, la réaction inverse se produit, c'est-à-dire que la tension augmente sur le circuit à courant continu 10.
Bien qu'on ait représenté l'invention comme appliquée au réglage de la tension d'un circuit à courant continu, sous l'effet des variations de tension d'un circuit à courant alternatif, il est évident que les variations de tension du circuit à courant continu peuvent servir à provoquer les varia- tions de tension du circuit à courant alternatif (ou que le dispositif envi- sagé peut servir à l'action mutuelle de réglage des variations de tensions de deux circuits à courant alternatif ou de deux circuits à courant continu).Il est évident aussi qu'au lieu de régler la tension d'un circuit suivant la tension d'un second circuit, l'élément 12 peut, monté en éérie avec l'un ou l'autre circuit, faire varier l'intensité du courant de ce circuit suivant les variations de l'intensité ou de la tension de l'autre circuit.
Dans la variante représentée Fig. 2, 1'intensité passant dans un circuit à courant continu 10 assure un réglage en accord avec la tension d'un circuit à courant alternatif triphasé 21, au moyen d'une résistance 22, Cette résistance comporte un élément pourvu de faces opposées 26 et 27 montées en sé rie dans le circuit à courant continu, les faces 23, 24 et 25 étant disposées symétriquement et dans des plans normaux à ceux des faces 26 et 27. Les faces 23, 24 et 25 sont reliées aux différentes phases du circuit à courant alterna- -tif21,
Ce dispositif fonctionne suivant les mêmes principes que celui de la Fig. 1;
Une variation de la tension du circuit à courant alternatif 21 en- traîne une diminution de la résirtance 22 et une augmentation correspondante de l'intensité dans le circuit à courant continu 10. Il est évident que cette disposition peut être étendue à un nombre quelconque de phases, pourvu que la résistance 23*'présente une face de contact pour chaque phase du système.
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Il est évident aussi que deux faces de contact diamétralement opposées peuvent âtre prévues pour chacune des phases du système polyphasé, de sorte que la con- nexion du système avec le circuit à courant alternatif 21 peut être analogue à un montage en triangle; ou, si on le désire, on peut monter l'élément 22 en sé- rie dans un circuit polyphasé 21.
La variante représentée Fig.3 vise à assurer le réglage mutuel de la tension d'un circuit à courant alternatif 21 et de l'intensité d'un circuit à courant continu 10. Suivant cette variante, chacun des éléments de résistan. ce reliant entre elles les différentes phases du circuit à courant alternatif 21 et du circuit à courant continu 10, est divisé en quatre éléments de résis- tance (de préférence avec prises de contact améliorées par un revêtement métal- lique) montés en diagonale avec les circuits à courant alternatif et à courant continu. Ainsi, la phase A est reliée au circuit 10 à travers le transforma- teur 33 et les résistances 36, 37, 38 et 39.
Les -phases B et C sont de même rainées au circuit 10 à travers les transformateurs 34 et 35 et les éléments de résistance 40 à 47. Le fonctionnement est le même que pour les Fig. 1 et 2. Ce dispositif peut offrir l'avantage d'utiliser des éléments de résistance semblables pour le réglage des deux circuits, l'un de ceux-ci pouvant compor- ter un nombre quelconque de phases.
Il est évident qu'une seule paire d'élé- ments suffit pour chaque résistance en cas de connexion en étoile avec le cir- -cuit 21, comme dans la Fig.2. Donc, l'expression "éléments de résistance\! u- tilisée dans ce brevet doit être interprétée comme comprenant aussi bien un élément unique d'un système à plusieurs surfaces de contact, ou bien un systè- me à plusieurs éléments de résistance réunis comme dans la fig.3.
Il est évident aussi que le système représenté Fig.3 peut s'éten- -dre à un nombre quelconque de phases.
Les Fig.4 et 5 précisant les conditions de fonctionnement aussi bien pour les Fig.l et 2 que pour la Fig.3.
La Fig.4 représente en particulier les variations de l'intensité sur le circuit à courant continu en fonction de la tension du circuit à cou- rant alternatif, avec tension de la source 13 maintenue constante.
La Fig.5 reproduit les oscillogrammes des tensions à courant al- ternatif et à courant continu. La courbe A représente la tension à courant alternatif fournie par l'alternateur 15 ou par une phase du circuit 21. La courbe
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courbe "b" représente l'intensité du courant alternatif traversent 1'élément de résistance; la courbe "c" représente l'intensité du courant continu tra- versant la résistance à partir du circuit 10. D'après cet oscillogramme, on voit que le courant est déformé par les variations de la résistance corrélati- ves aux variations de l'intensité du courant. On voit au;si que, dans ce cir- cuit, le courant retarde sur la tension appliquée d'environ 90 , par suite de la réactance du circuit.
Comme la variation de résistance ne dépend pas du sens du courant, la courbe "c" présente une double bosse appliquée à la composante à courant continu. Dans certains cas, il peut être avantageux d'utiliser cette caractéristique en appliquant directement le courant continu pulsatoiro à dou- ble fréquence, ou en introduisant un transformateur approprié dans le circuit à courant continu pour an rôtir/de l'énergie à courant alternatif à fréquence double.
La machine représentée Flg.6 est un alternateur triphasé sunchvons avec enroulement d'induit 51 relié à un circuit traphosé 52, et enroulement d'excitation 53 alimenté par une source appropriée d'excitation, par exemple l'induit 54 d'une excitatrice. Cette excitatrice a un enroulement d'excitation 55 qu'on peut exciter de toute faqon appropriée! dans le cas présent, à l'aide d'une batterie 56 reliée au bobingge 55 à travers une résistance de limita- tion de courant 57. Un relais polarisé 58 a ses contacts 59 disposés de maniè- re à court-circuiter la résistance 57 et'par conséquent régler ainsi l'excita- tion de l'excitatrice.
Le relais 58 se règle suivant la tension d'une des pha- ses du circuit 52, grâce à un pont de Wheastone à quatre éléments d'impédance comportant deux éléments de résistance 59 et 60 dépendant de la tension, et deux éléments de résistance ordinaires 61 et 62 à loi linéaire. Comme repré- senté, la bobine de fonctionnement du relais polarisé 58 est insérée entre les sommets opposés du pont, tandis que les sommets restants du pont sont excités par l'induit d'excitatrice 54 à travers un potentiomètre approprié 6S de sorte qu'on peut régler la tension appliquée au pond}.
On branche les résistances 59 et 60 de façon à leur appliquer des tensions à courant alternatif proportionnelles à la tension d'une des phases du circuit 52 au moyen d'un transformateur de potentiel approprié 64. Il est avantageux ,mais non nécessaire, de mettre en série, avec les circuits à cou- rant alternatif à tension variable reliés aux résistances non-linéaires 59 et @ 60, des condensateurs 65 et 66 permettant d'éviter la saturation du transfor-
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moteur 64 par le courant continu qui passe dans l'élément de résistance. De marne, il est avantageux, mais non indispensable, d'introduire dans le circuit d'alimentation à courant continu aboutissant au pont, une réactance 67 s'op- posant au passage dans celui-ci du courant alternatif.
On règle le dispositif ci-dessus de manière que, avec la tension de la phase à laquelle est relié le transformateur 64 dépassant la normale, le circuit du pont se déséquilibre dans le sens voulu pour que le relais polarisé 58 ouvre ses contacts; (si au contraire la tension est inférieure à la normale la résistance des éléments 59 et 60 est si élevée qu'il en résulte que le pont provoque une inversion de polarité de la bobine de commande du relais 68 qui court-circuite la résistance 57 et augmente l'excitation de l'excitatrice, et par conséquent de l'alternateur principal).
Le dispositif ci-dessus répond seulement à la tension d'une des phases du circuit 52, et en conséquence si la tension d'une des autres phases s'éloignede la normale (sous l'effet par exemple d'un court-circouit sur l'une des phases) le régulateur n'obéit pas pour élever la tension de l'alternateur synchrone, celui-ci peut donc perdre son synchronisme avec le réseau ou l'en- semble du système représenté par le circuit 52. Tour que le régulateur augmen- te l'excitation de l'alternateur toutes les fois que la temsion d'une des deux phases auxquelles n'est pas relié le transformateur 64 viendrait à diminuer,on fait intervenir un pont de Wheatstone & quatre éléments de self ou de résis- tance, dont deux sont des éléments de résistance non-linéaire et deux des élé- ments ordinaires à résistance linéaire.
Ce dispositif de pont diffère du dis- positif décrit ci-dessus (servant à régler la tension) en ce que sens que les deux éléments de résistance 68 et 69 dépendant de cette tension sont électri- quement voisins 1'un de l'autre, au lieu d'être opposé comme dans le premier cas. Il est de même naturellement des deux éléments de résistance 70 et 71 qui sont adjacents, au lieu d'être opposés. De la sorte, quand le pont est équili- -bré. une variation analogue de résistance des éléments 68 et 69 n'en détruit pas l'équilibre. Au contraire, des variations différentes entraînent immédiate. ment un déséquilibre du pont. Comme on le voit, les résistances 68 et 69 sont branchées respectivement de façon à répondre aux tension des deux phases res- tantes du circuit 52.
Des condensateurs appropriés 72 et 73 sont prévus pour empêcher le passage du courant continu dans le circuit à courant alternatif.
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Ce pont est excité par l'induit d'excitagtrice 54 de la même manière que le premier pont, et une résistance appropriée 74 est insérée pour empêcher le pas- sage du courant alternatif dans la circuit à courant continu du système.
Un relais de tension approprié 75 est relié aux sommets opposés du pont, et il y a généralement avantage à introduire une réactance 76 en série avec la bobine d'excitation de ce relais, du fait que les deux résistance 68 et 69 dépendant de la tension seraient excitées par des tensions qui ne sont pas en concordance de phases, ce qui tendrait à faire passer un courent alternatif dans la bobine de commande 75 du relais. Le réactance 76 est mise en circuit pour réduire ce courant à une valeur négligeable. On peut 1'éliminer totalement en branchant une des résistances 68 eu 69 dépendant de la tension, ou les deux, à sa phase respective du circuit 52, à travers un dispositif déphaseur appro- prié (par exemple un déphaseur du genre de celui que prévoit la brevet belge 349.518 pris par la Société demanderesse le 9 Mars 1928).
Ce circuit comporte un enroulement 81 entre les bornes duquel sont reliez en série une résistance variable 82 et une réactance variable 83.
La résistance 69 est branchée entre un point intermédia@@e de l'enroulement 81 et un point intermédiaire à la résistance 82 et à la réactance 83. En faisant varier les valeurs ohmiques relatives des éléments 82 et 83, on peut déplacer la phase de la tension appliquée à l'élément de résistance 69 de 1800 environ par ra,port à la tension de la partie du circuit 52 à laquelle est relié le circuit déphaseur; par un réglage approprié, on peut amener la tensionhappliqués à la résistance 69 en concordance de phase avec la tension appliquée à l'élément de résistance 68. De cette façon, il n'y a pas de tension alternative nette appliquée au relais 75.
Le relais 75 est représenté sous la forme d'un relais polarisé comportant deux groupes do contacts 77 et 78 reliés en parallèle entre aux et en parallèle avec les contacts 58' du relais 68. Ce.relais 75 est disposé de façon que, si le pont auquel il est relié se trouve en équilibre, aucun de ses contacts 77 ou 78 n'est fermé: mais aussitôt que le pont est déséquilibré dans un sens ou l'autre, l'une ou l'autre de ses paires de contacts est mise en dé- rivation et fait court-circuit sur la résistance 57.
Avant d'exposer le fonctionnement du dispositif représenté sur la Fig.6 ,considéré dans son ensemble, il est bon d'indiquer que l.es deux cir- cuits du pana comportant'des moyens simples à action rapide réglant un élément
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d'un circuit suivant la valeur d'un élément d'un autre circuit. On considérera par exemple le circuit allant de l'extrémité supérieure à l'autre borne de l'induit d'excitatrice 54,à travers l'élément de résistance 59 débandant de la tension, la bobine du relais 58, l'élément 60 dépendant de la tension, la réac- tance 67 et le potentiomètre 66.
Si maintenant la tension appliquée à la résistance 59 varie sous l'effet, par exemple, d'une variation de la tension du circuit 52 se transmet- tant à travers le transformateur 64, la résistance 59 varie immédiatement, en- trainant une variation de l'intensité du courant dans le circuit à courant con- tinu qu'on vient de définir.
Comme on le voit, un tel dispositif convient bien pour régler le courant dans un circuit à courant continu suivant la tension dans un circuit à courant alternatif.
On peut se représenter comme suit le fonctionnement du dispositif de la Fig.6. On supposera que l'alternateur triphasé et son excitatrice sont tous les deux entrainés par une source appropriée d'énergie quelconque, et que la tension du circuit 52 est légèrement inférieure à la normale sur les trois phases. Du fait que la tension à courant alternatif aux bornes des éléments de résistance 59 et 60 est inférieure à la normale, ces éléments ont une résistance plus élevée que normale, et par conséquent ce pont est déséquilibré, de faqon à agir sur le relais polarise 58 et à provoquer de sa part la mise en court-cir- cuit des contacts 58'. Il en résulte un accroissement de l'exttation @ et par conséquent la tension de l'induit d'excitatrice 54 tend à augmenter la ten- sion de l'alternateur.
Aussitôt que la tension dépasse la normale, le pont se déséquilibre en sens opposé, du fait que la tension à courant alternatif élevée appliquée aux éléments 59 et 60 a pour effet d'en réduire la résistance, de ma- nière à inverser l'équilibre du pont. Il en résulte une inversion de la polarité du relais polarisé 58.
En conséquence, ce relais ouvre ses contacts et diminue l'excitation de l'excitatrice 54, ce qui tend à diminuer la tension de l'alter- nateur. C'est cet effet que représente la première partie de la Fig.7 qui mon- tre la période d'établis semant du courant d'excitation de l'excitatrice à un régime pratiquement lent si on le compare à la période de réduction d'excitation (du fait que, pendant cette dernière période d'établissement du courant, la ré- sistanee 57 est insérée dans son circuit de sorte que les constantes de temps du circuit de 1'enroulement 55 changent alternativement avec le fonctionnement
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des contacts 58'.)
Cette action est analogue à celle d'un régulateur ordinaire de tension à contacts vibrants et,
du fait de l'inductance relativement élevée de 1'enroulement d'excitation 53, ces changements périodiques du courant d'excita- tion n'entraient pas de variations périodiques appréciables le la tension de l'alternateur. On voit donc que les contacts 58' vibrant rapidement et par con- séquent maintiennent une tension pratiquement constante aux bornes de l'alter- nateur principal.
Si maintenant il -se produit une baisse de tension relativement grande sous l'effet, par exemple, d'une forte charge appliquée brusquement à l'alternateur, les contacts 58' sont courtircuités par le relais 58, et ils le restant dusqu'à ce que la tension dépasse de nouveau légèrement lavaleur norma- le. Aussitôt que ce. dépassement s'est produit, les contacts 58' s'ouvrent et le régulateur continue à vibrer, de manière à maintenir lu tension pratiquement constante. La partie 79 de la courbe de la fig.7 représente cette action par laquelle les contacts du régulateur restent fermés jusqutà ce que la tension revianne pratiquement à sa valeur normale, après une baisse relativement grande et soudaine de la tension.
L'action du régulateur est par conséquent rapide si on la compare à celle d'un régulateur à contacts vibrants, du genre Tirrill par exemple, dans lequel la partie 59 de la courbe de la Fig.7 correspondrait ap- proximativement à un tronçon en dents de soie qui ne représenterait pas une aug mentation aussi grande du courant d'excitation que la partie 79 de la Fig.7. Le fonctionnement dont on vient d'exposer la nature répnnd seulement à la tension d'une des phases du circuit 52.
Comme il est possible qu'une forte charge soit appliquée à l'alternateur polyphasé par un court-circuit sur l'une des phases, il est désirable que le régulateur se complète par des dispositifs assurant un 'surcroît d'excitation lorsque se produisent de tels phénomènes, Ainsi, par exem- ple, si la tension d'une des deux phases non reliées au régulateur venait à baisser, les résistance des 'éléments 68 et 69 seraient inégales et par consé- quent le circuit de pont comportant ces résistances se déséquilibrerait, le re- lais polarisé 75 serait excité et ferait jour les contacts 77 et 78 qui met- traient en court-circuit la résistance 57 et augmenteraient l'excitation de 1'alternateur.
On voit que le régulateur décrit agit de faqon à maintenir pra- tiquement constante une grandeur électrique d'un circuit ou d'une machine sou.. mise au réglage (la tension dans l'exemple qu'on vient de donner), et qu'il
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obéit à une baisse de tension apparaissant sur l'une quelconque des 'phases de la machine ou du circuit, pour assurer un ranide appoint d'excitation de l'al- ternateur.
Bien qu'on ait représenté et décrit plusieurs formes de réalisa- tion de l'invention, 11 est évident qu'on ne désire pas se limiter à ces for- mes particulières données simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère restrictif et que par conséquent, toutes les variantes ayant même principe et marne objet que les dispositions indiquées ci-dessus, rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention* C'est ainsi qu'on peut, en vue du réglage de grandeurs (électri- ques ou autres),appliquer le brevet en utilisant soit seulement une ou plusieurs résistances non linéaires, soit une association de telles résistances avec des éléments à résistance linéaire et tous systèmes appropriés de régulation élec- trique.