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Perfectionnements à la régulation automatique du facteur de puissance.
La présente invention concerne la régulation automatique du facteur de puissance par l'introduction de capacité électrique dans le circuit à régler. Jusqu'ici dans un tel procédé de régula- tion, lorsqu'un changement survient dans la nature ou la grandeur de la charge faisant varier le facteur de puissance, on avait 1 'habi- tude de faire varier d'une façon correspondante la capacité existant dans le circuit, et cela manuellement ou automatiquement. Si la ré- gulation est manuelle, la présence continuelle d'un opérateur est nécessaire, et, à moins que l'opérateur n'y mette toute son attention, la variation de capacité qui doit suivre celle du facteur de puis- sance d'assez près pour maintenir la régulation dans des limites rai- sonnables, peut se trouver en défaut.
Pour éviter cela, on a étudié
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un mécanisme automatique comprenant un relais sensible à la varia- tion du facteur de puissance et servant à commander un moteur ré- versible dont la fonction est de mettre en ou hors circuit un ou plusieurs d'une série de condensateurs pour assurer la régulation désirée du facteur de puissance.
Dans les deux procédés ci-dessus la régulation dépend de la mise en ou hors circuit de condensateurs, de sorte que l'opéra- tion s'effectue en un certain nombre d'étapes discontinues, avec le résultat que fréquemment la variation de la capacité dans l'un ou l'autre sens dépasse la correction requise, et qu'entre autres défauts un effet de chassé-croisé se produit. La présente inven- tion a comme but principal d'éviter cet effet de chassé-croisé et d'autres inconvénients et de réaliser la régulation du facteur de puissance a'une manière plus souple et plus économique qu'aupara- vant.
Suivant cette invention, la régulation du facteur de puissance d'un circuit à courant alternatif se fait en appliquant à une capacité fixe associée à ce circuit une tension qui varie avec la déviation du facteur de puissance d'une certaine valeur à laquelle il est désirable qu'elle soit maintenue, cette variation de tension étant réalisée par un régulateur à induction ou un autre dispositif équivalent de façon continue au lieu de se faire par étapes.
Ainsi, la correction du facteur de puissance est continue, crest-à-dire qu'elle n'a pas lieu par étapes discontinues.
Pour réaliser l'invention, on peut employer un mécanisme directement sensible à la variation du facteur de puissance ou des K.V.A. réactifs qui sert à commander le régulateur de tension in- ductif par lequel la tension appliquée à un condensateur fixe insé- ré dans le circuit à régler est variée. Comme autre solution, le mécanisme employé peut être sensible à une valeur, par exemple, @
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voltage, courant, puissance (KW), dont l'amplitude dépend elle- même du facteur de puissance. La meilleure valeur servant à exer- cer cette commande sera choisie en fonction des conditions parti- culières.
Le mécanisme directement ou indirectement sensible à la variation du facteur de puissance peut commander le régulateur in- ductif lui-même ou par l'intermédiaire d'un moteur r,éversible, d' un amplificateur de couple, ou un autre dispositif à relais.
La variation de tension, quelle qu'en soit la cause, pro- duit dans le courant capacitif dans le circuit un changement cor- respondant par lequel la composante déwattée du courant de charge est neutralisée, soit entièrement, si on désire ramener le facteur de puissance à l'unité, soit en partie, si on désire un facteur de puissance inférieur à l'unité avec un courant déphasé en arrière.
L'appareil peut évidemment être construit et réglé de façon que le courant capacitif dépasse la composante déwattée du courant de charge, donnant un facteur de puissance inférieur à l'unité mais avec un courant déphasé en avance.
Il est évident que, bien que la capacité de régulation employée dans la présente invention soit désignée ci-dessus comme un condensateur fixe, elle peut être réglable de telle sorte que, en faisant un réglage initial, plusieurs valeurs de cette capacité peuvent être employées dans diverses conditions. La caractéristique essentielle, cependant, de l'invention, qui la distingue des propo- sitions antérieures réside dans le fait que, une fois que la capa- cité a été réglée initialement à une valeur fixe quelconque, la ré- gulation automatique se fait avec souplesse en appliquant une ten- sion continuellement variable à cette capacité plutôt que par varia- tion discontinue de la capacité en changeant le nombre de condensa- teurs en circuit.
Pour bien faire comprendre le sens et la portée de l'in- vention, celle-ci sera décrite en détail ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels les différentes figures repré- @
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sentent schématiquement et à titre d'exemple seulement quelques formes d'exécution différentes de l'invention.
Dans la figure 1, le circuit à courant alternatif dans lequel le facteur de puissance doit être réglé est représenté par deux lignes 1, entre lesquelles un condensateur 2 est connecté en association avec un régulateur inductif ou un appareil semblable, représenté schématiquement par un rectangle 3 dessiné en traits interrompus. Comme il est dit plus haut, le condensateur 2 peut- être réglable pour être adapté aux conditions autres que le fac- teur de puissance, existant dans le circuit. Mais au point de vue de la régulation automatique faisant l'objet de la-présente invention, il n'est pas fait usage de cette possibilité, la valeur du condensateur restant fixe, une fois ajustée. Le régulateur à induction représenté à titre d'exemple comprend un enroulement 4 sur un noyau 5 en matière magnétique et relié directement au ré- seau par les connexions 6.
Près du stator 5 se trouve un rotor 7 en matière magnétique avec un enroulement 8, qui,, en série avec le condensateur 2, est mis en parallèle sur les connexions 6 et donc sur le réseau 1. Si le rotor 7 se trouve dans une position neutre par rapport au stator 5, c'est-à-dire perpendiculairement à la position représentée à la figure 1, aucune tension ne sera créée dans l'en:roulement 8; si, au contraire, le rotor 7 est amené à dé- vier de sa position neutre, une tension sera induite dans l'enrou- lement 8 et, suivant le sens de mouvement du rotor, cette tension sera ajoutée ou soustraite à la tension du réseau et la tension aux bornes du condensateur 2 sera changée d'autant.
Il s'ensuit une variation correspondante de courant capacitif, par laquelle la composante déwattée du courant de charge est neutralisée soit entièrement, soit pàrtiellement, suivant que l'on désire un fac- teur de puissance égal ou inférieur à l'unité. La régulation du facteur de puissance est donc réalisée par la déviation du rotor 7 de sa position neutre, dans l'un ou l'autre sens suivant que la @
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composante déwattée à neutraliser est déphasée en arrière ou en avant.
Dans l'exemple de la figure 1 cette régulation automa- tique est effectuée par un mécanisme sensible aux KVA réactifs, c'est-à-dire, directement sensible à la variation du facteur de puissance. Cet appareillage fonctionne suivant le principe bien connu du wattmètre. Il comprend ici un enroulement de tension 9 relié par les connexions 10 au réseau et un enroulement de courant 11 relié par les connexions 12 au secondaire 13 d'un transforma- teur de courant dont le primaire est parcouru par le courant de charge.
Les enroulements 9 et 11 agissent simultanément sur une pièce mobile 14, laquelle tourne, dans un sens ou dans l'autre sui- vant que le courant dans l'enroulement 11 est déphasé en arrière ou en avant sur la tension aux bornes de l'enroulement 9, en supposant que l'on exige le maintien par régulation du facteur de puissance à l'unité. Si l'on exige un facteur de puissance inférieur à l'uni- té, la pièce 14 sera dans sa position neutre quand la bonne diffé- rence de phase existera entre le courant dans l'enroulement 11 et la tension aux bornes de l'enroulement 9.
La déviation de la pièce 14 de sa position neutre sert à commander un moteur réversible 15 alimenté par une source séparée 16 ou par le réseau-1. Une des bornes 17 du moteur 15 est reliée directement à un des fils du réseau 16 comme indiqué, alors que 1' autre fil du réseau 16 va par une connexion 18 à la pièce mobile 14.
Celle-ci comprend un commutateur 19 qui peut contacter alternative- ment les bornes 20 et 21 qui sont reliées respectivement aux balais 22 et 23 du moteur 15. Ce moteur sert à entraîner le rotor 7 dans l'un ou l'autre sens. Il est relié dans ce but à l'axe 24 du rotor 7 par un moyen tel qu'une vis sans fin 25. Donc, lorsque le fac- teur de puissance dévie de la valeur requise, le contact 19 porte sur l'un des contacts 20 et 21, par quoi le rotor 7 est dévié de sa position neutre et la tension appliquée au condensateur 2 est @
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changée suffisamment pour neutraliser la corposante déwattée du courant de charge dans le sens demandé.
Dans l'appareillage représenté sur la figure 2 ,le ré- gulateur à induction est du type à bobine mobile, comprenant deux enroulements 26 et 27 mis sur un circuit magnétique fermé 28, les enroulements étant en série et leur ensemble en parallèle sur le condensateur 2. Les fils 6 venant du réseau 1 sont, comme indiqué, reliés au point de rencontre du condensateur 2 avec l'enroulement 26 et à une prise intermédiaire sur cet enroulement, cette disposi- tion étant prise pour qu'une tension supérieure ou inférieure à celle du réseau 1 puisse être appliquée au condensateur 2. Sur le circuit magnétique 28 se trouve une bobine de court-circuit 29 mo- bile le;long du circuit de sorte que sa position par rapport aux enroulements 26 et 27 puisse être changée.
Ce mouvement de la bo- bine de court-circuit 29 vers l'un des enroulements 26 ou 27 a pour effet de réduire graduellement l'impédance effective de cet enrou- lement et de faire varier ainsi la tension aux bornes des enroule- ments 26 et 27 comme un tout, c'est-à-dire, aux bornes du conden- sateur 2.
Dans ce cas, le régulateur à induction 3 est commandé par un mécanisme semblable à un wattmètre compteur mais sensible aux KVA réactifs. Ce mécanisme comprend un enroulement de tension 9 et un enroulement de courant 11 analogues à ceux utilisés dans le mécanisme de commande représenté sur la figure 1, et un disque 30 pouvant tourner dans l'un ou l'autre sens en fonction d'un glis- sement de phase prédéterminé entre la tension appliquée à l'enrou- lement 9 et le courant parcourant l'enroulement 11. La rotation du disque 30 dans l'un ou l'autre sens peut être utilisée directe- ment pour déplacer la bobine de court-circuit 29 par rapport aux bobinages 26 et 27 dans le but de corriger le facteur de puissance de la quantité requise.
En général cependant, le couple appliqué au disque 30 sera insuffisant et il est nécessaire d'intercaler @
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un amplificateur de couple 31 pour disposer d'une puissance méca- nique suffisante pour agir sur la,bobine 29. Comme indiqué, l'am- plificateur de couple 31 est pourvu d'un axe 32 sur lequel le cou- ple amplifié est développé et un bloc 33, qui supporte la bobine 29, est Vissé sur la partie fileté de l'axe. Ce bloc se déplace dans un sens ou dans l'autre suivant le sens de rotation de l'axe 32, c'est-à-dire, du disque 30. L'amplificateur de couple 31 peut être d'un type quelconque, et comme ces mécanismes sont bien con- nus et que leur construction ne fait pas partie de l'invention, il est inutile de le décrire plus en détail.
La figure 3 représente une combinaison appropriée au cas où la variation de facteur de puissance change la tension. Un ré- gulateur inductif 3 et un moteur réversible 15 exactement du type indiqué à la figure 1 sont prévus. Cependant, le moteur 15 est commandé par un dispositif sensible à la variation de la tension du réseau 1. Ce dispositif comprend un bobinage 34 sur un noyau magnétique 35 connecté au réseau 1. Associée au noyau 35, une ar- mature 36 tenue écartée par un ressort 37 est disposée de telle façon que lorsque la tension aux bornes du bobinage 34 correspond à la valeur requise du facteur de puissance, une pièce de contact 38 portée par l'armature 36 se trouve dans sa position neutre.
Si le facteur de puissance varie et n'a plus sa valeur normale, la tension augmente ou diminue, et le contact 38 est amené à venir poser sur le contact 39 ou le contact 40; par conséquent, d'une façon analogue à celle décrite pour la figure 1, le moteur 15 tour- ne dans l'un ou l'autre.sens, ce qui donne une telle variation à la tension appliquée au condensateur 2 que le facteur de puissance est corrigé.
La figure 4 représente un appareillage très semblable à celui de la figure 3, mais le dispositif de commande est sensible à des variations de courant résultant de la déviation du facteur n
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de puissance de sa valeur normale. Dans ce but un bobinage 41, connecté à l'enroulement secondaire d'un transformateur dont le primaire est parcouru par le courant de charge, est enroulé sur un noyau magnétique 43 pourvu d'une armature 44 qui travaille d' une façon analogue à l'armature 36 de l'appareillage décrit à la figure 3. Le reste de l'appareillage étant exactement sembla- ble à celui représenté sur la figure 3, le mode de fonctionnement sera clair sans autre description.
Il est évident que les formes de régulateur à induction et de mécanisme de commande décrites ci-dessus et représentées dans les dessins sont simplement citées à titre d'exemple, et que l'invention comprend l'emploi de n'importe quelle forme de régula-' teur à induction ou de dispositif équivalent qui fonctionnera de manière continue par opposition à la variation de tension discon- tinue, et n'importe quel mécanisme de commande capable de répondre soit directement à une variation de facteur de puissance, ou à une valeur quelconque, dont la grandeur dépend du facteur de puissance,
Il est également évident que dans certains cas, en parti- culier par exemple dans les circuits à haute tension, il ne serait pas indiqué de connecter le régulateur à induction et ou le méca- nisme de commande directement au circuit sujet à régulation du facteur de puissance.
Dans de tels cas, on emploiera des transfor- mateurs comme moyens de liaison entre le réseau et les parties de l'appareillage mentionnées ci-dessus.
REVENDICATIONS.
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