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lERFECTIOR'NE1TS AUX SYSTEMES DE BEGIAGE DES CIRCUITS ET MACHINES ELEO- -TRIQUES.-
La présente invention est relative à des perfectionnements, changements et additions à celle objet du brevet principal, elle vise à créer des dispositifs réglant le fonctionnement de machines ou de circuits électriques, plus particulièrement un régulateur amélioré qui ne comprenne pas l'emploi de contacts mobiles, et qui soit à la fois de fonctionnement @
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sûr et sensible.
On a proposé jusqu'ici divers dispositifs pour régler la ten- sion, ou autres grandeurs électriques, d'une machine ou d'un circuit.
Beaucoup de ces appareils comprennent des contacts mobiles, et sont inca- pables de donner la régulation précise nécessaire au fonctionnement stable d'une machine ou d'un circuit, sous des conditions anormales telles que celles qui se rencontrent dans des systèmes de distribution d'énergie de haute tension, par exemple.
Conformément à la présente invention, on évi- te ou diminue ces inconvénients, par l'emploi de moyens régulateurs, qui comprennent une valve électrique fonctionnant sans retard appréciable, pour empocher toutes variations de quelque importance de la tension ou autre grandeur électrique à commander*
L'invention sera mieux comprise en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels on a représenté:
Fig.l un système régulateur réalisant l'invention.
Fig.2 certains détails de fonctionnement de la réalisation de la Fig.l.
Fig.3 une autre variante de l'invention.
Fig. 4 certains détails de fonctionnements relatifs à la réali- sation de Fig.3.
Fig.5, 6 et 7 d'autres variantes de l'invention où des moyens régulateurs sont employés pour commander le fonctionnement d'une machine d'excitation reliée au circuit de champ d'un générateur. la Fig.l représente une machine électrique 1 reliée au circuit de charge 2 et munie d'un enroulement de champ 3 connecté au circuit de charge par l'intermédiaire d'un transformateur 4, et d'une valve électri- que 5 qui comprend des grilles ou électrodes de comnande 6 et 7, une ca- thode de mercure 8 et des anodes 9 et 10, une batterie 12 et un commutateur d'amorçage 11.
Ainsi qu'il est connu avec le type de valve représentée, on peut empêcher l'amorçage du courant dans la valve 5 en appliquant une ten- sion négative aux grilles, mais si cette tension négative est appliquée pendant le passage du courant, elle est incapable de l'arrêter jusqu'au moment où le potentiel d'anode passe par la valeur zéro.
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lesgrilles 6 et 7 sont reliées à la cathode 8 par l'intermédiaire de résistances 13 et 14, les moitiés opposées du circuit secondaire 16 d'un transformateur 17 et une résistance 19.
Un condensateur 20 est disposé en shunt aux bornes de la résistance 19, pour diminuer les ondulations du cou- rant traversant cette résistance, Le circuit primaire 21 du transformateur
17 est relié au circuit de charge 2 par l'intermédiaire d'un appareil régu- lateur de phase 22 comprenant un enroulement statorique polyphasé et un enroulement rotorique monophasé, Le couple qui s'exerce sur l'arbre rotori- que de l'appareil modificateur de phase, par l'intermédiaire de ses enrou- lements, est proportionnel au carré de la tension de circuit de charge, et il agit en sens inverse du contrepoids 3 destiné à régler la relation de phase entre les tensions d'anode et de grille de la valve 5, en conformité avec la variation de tension du circuit de charge,
L'invention sera mieux comprise si on se reporte au schéma de la Fig.g où les tensions d'anode et de grille de la valve 5 sont représentées respectivement par les courbes 26 et 27 et la tension négative engendrée par la résistance 19, par la li- gne 28 Ainsi qu'indiqué ci-dessus, la relation de phasesentre les tensions de grille et d'anode de la valve 5 est déterminée par la position du rotor ,du modificateur de phase. On peut supposer que cette relation est celle représentée sur la figure, quand le circuit de charge 2 fonctionne sous tension normale.
Dans ces conditions, les couples agissant en sens inverses sur l'arbre du rotor s'équilibrent, et la valve 5 devient conductrice à l'instant t, où la tension de grille devient positive, et elle devient non conductrice à l'instant tl où la tensin d'anode s'annule, et un courant suffisant traverse alors la valve 5 pour engendrer l'excitation normale de l'enroulement de champ 3
Toutefois, si la tension du circuit de charge croît, le couple qui s'exerce par l'intermédiaire des enroulements du modificateur de phase croît, la différence de phase entre les tensions de grille et d'anode croît en conséquence, la valve 5 devient conductrice à un instant t subséquent de la période, et le courant qui traverse l'enroulement 3 décroît, ce qui tend à ramener la tension du circuit de charge à sa valeur normale.
Si la tension décroît au-dessous de sa valeur normale, le couple qui s'exerce au moyen des enroulements du modificateur de phase décroît, la différence de @
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phase entre les tensions d'anode et de grille décroit également, et la val- ve 5 devient conductrice à un instant antérieur 1 de la période; le-courant de l'enroulement 3 croit, et la tension du circuit de charge tend à pren- dre sa valeur normale.
Tout léger écart de la tension du circuit de charge de sa valeur normale, met en jeu instantanément une force qui tend à la ramener à sa valeur normale. la résistance 19 empêche toute oscillation due aux variations de la tension du circuit de charge. la chute de tension dans la résistance 19, sous de conditions normales de fonctionnement de la ligne
2, peut être supposée représentée par la ligne 28 de la fig 2 Si le courant de l'enroulement de champ 3 croit, cette chute de tension croît, la valve
5 devient conductrice à un Instant IL postérieur de la période, ce qui empê che un accroissement exagéra du courant de champ du à un déplacement du ro- tor du modificateur de phase au delà de la position d' équilibre.
De même, lorsque le courant de champ décroît, la chute de tension dans la résistance
19 décroît, la valve 5 devient conductrice à un instant antérieur de la pé- riode, ce qui empêche une décroissance plus importante du courant de champs
Un tel fonctionnement empêche les fluctuations du courant de champ et de tension du circuit de charge d'atteindre des valeurs dangereuses.
Pour engendrer, lors de la mise en marche, la tension de la machine 1, on peut employer une machine auxiliaire 24 destinée à fournir le courant d'excitation à l'enroulement 3 Cette machine est toutefois inu tile lorsque la machine 1 présente un magnétisme résiduel suffisant pour assurer sa propre mise en marche.
la Fig.3 représente une réalisation de l'invention qui diffère de celle de la Fig.l en ce que le modificateur de phase est remplacé par un dispositif régulateur de phase 25 la tension négative due à la résistance 19, et le condensateur 20 sont remplacés par une batterie 26 destinée à ap- pliquer une tension positive aux grilles de la valve 5, et l'excitateur de mise en marich 24 est remplacé par une batterie 24 le fonctionnement de cette réalisation de l'invention sera mieux comprise en se référant à la fig.4 où la courbe 26 représente le potentiel d'anode, les courbes 27 et 27 différentes valeurs du potentiel de grille,
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et la ligne 28 la tension positive engendrée par la batterie 26.
La relation de phase existant entre les tensions d'anode et de grille, lorsque le circuit de charge 2 fonctionne sous tension normale, peut être supposée celle représen- tée par les courbes 26 et 27 Dans ces conditions, la valve 5 devient conduc- trice à l'instant 1 où la tension de grille devient positive, et elle devient non conductrice à l'instant t1 lorsque la tension d'anode atteint la valeur zéro, et l'excitation de l'enroulement 3 est maintenue à sa valeur normale, Si la tension du circuit de charge décroît, la tension de grille croît, la valve
5 s'ouvre à un Instant IL postérieur de la période, l'intensité du courant tra- versant l'enroulement 3 décroît, et la tension du circuit de cnarge tend à dé- croître jusqu'à sa valeur normale.
Si la tension de grille décroît à une valeur représentée par la courbe 27 la grille est encore positive à l'instant t où l'anode devient positive, et le courant traverse la valve pendant toute la demi-période, ce qui accroît l'excitation de champ, et ramène la tension du cir- cula de charge à sa valeur normale, sans retard notable entre l'instant où la tension commence à s'écarter de sa valeur normale et celui où cet écart est corrigé,
Sur la Ftg.5, on a représenté un excitateur 30 destiné à alimen- ter de courant l'enroulement de champ 3 Cet excitateur est muni d'un enroule- ment de champ 31 relié à la valve 5, et disposé de façon à être connecté aux bornes de l'excitateur par l'intermédiaire de la résistance 32 et d'un commu- tateur 33,
pendant la mise en marche de la machine 1. la résistance 19 et la batterie 26sont toutes deux utilisées pour commander la tension appliquée aux grilles. Dans le fonctionnement de cette réalisation, le contact mobile du dispositif 25 est réglé de façon à donner la relation de phase convenable en- tre les tensions de grille et d'anode, et la variation de tension appliquée aux grilleset engendrée par la résistance 19 et la batterie 26 est employée pour régler l'ouverture de la valve 5, de manière à donner une caractéristique tom- bante à la tension du circuit de charge.
Sur la Fig.5, on a représenté la valve 5 comme munie d'électro- des d'excitation 34 reliées au transformateur 4 par l'intermédiaire des réac... tances 35 et le transformateur 36, qui sont destinées au maintien de la tache incandescente de la cathode. Ces deux électrodes d'excitation peuvent d'ail-
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leurs être employées avec les valves représentées sur les diverses figures des dessins.
Dans la réalisation représentée sur la Fig.6, les grilles 6 et 7 sont reliées à la cathode 8, par l'intermédiaire de résistances 13 et 14, de l'enroulement secondaire du transformateur 17, d'un dispositif 37 engendrant une tension positive et d'une résistance 38 destinée à s'opposer aux oscilla- tions.
le circuit primaire du transformateur 17 est relié au transformateur 4 par l'intermédiaire de moyens régulateurs de phase comprenant, par exemple, un condensateur réglable 39 et une résistance 40 L'enroulement de champ 31 de l'excitateur de champ 30 est relié à la valve 5, par l'intermédiaire d'un trans- formateur 41 dont l'enroulement secondaire est relié à la résistance 38..Les oscillations sont empêchées par les variations de la tension appliquée aux grilles, laquelle est engendrée par la force contre électromotrice appliquée à la résistance 38 par l'intermédiaire du transformateur 41 lorsque l'intensi- té du courant de champ de l'excitateur varie. En réglant la capacité du conden- sateur 39, on obtient la relation de phase convenable entre les tensions de grille et d'anode.
Sur la Fig. 7, on a représenté des barres d'excitateur 42 ali- mentées par l'intermédiaire de la valve 5 et du transformateur 4 le disposi- tif destiné à s'opposer aux oscillations comprend une source de courant 43 une valve 44 et un condensateur de grille 45, shuntant une résistance 46, ce dispo- sitif applique à la résistance 38 une force contre électromotrice variant en conformité avec la tension du circuit de charge. Cette variation est due à ce que la tension de grille de la valve 44 est égale ou proportionnelle à la ten- sion du circuit de charge. Tout expert pourra aisément modifier ces moyens de faire varier la tension de grille, de façon à empêcher les oscillations.
On a représenté et décrit oi-dessus plusieurs réalisations de l'invention, mettant en évidence ses principales caractéristiques, mais il est clair toutefois qu'elles peuvent être modifiées de bien des façons, en vue de les adapter aux conditions que l'on rencontre.
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LERFECTIOR'NETS TO BEGIAGE SYSTEMS OF ELECTRIC CIRCUITS AND MACHINES.-
The present invention relates to improvements, changes and additions to that subject of the main patent, it aims to create devices regulating the operation of machines or electrical circuits, more particularly an improved regulator which does not include the use of movable contacts , and which is both operational @
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safe and sensitive.
Various devices have heretofore been proposed for regulating the voltage, or other electrical quantities, of a machine or of a circuit.
Many of these devices include movable contacts, and are incapable of giving the precise regulation necessary for the stable operation of a machine or circuit, under abnormal conditions such as those encountered in distribution systems. high voltage energy, for example.
In accordance with the present invention, these drawbacks are avoided or reduced by the use of regulating means, which comprise an electric valve operating without appreciable delay, to accommodate any variations of any importance in the voltage or other electrical quantity to be controlled *
The invention will be better understood by referring to the following description and to the accompanying drawings in which there is shown:
Fig.l a regulating system embodying the invention.
Fig.2 some details of operation of the embodiment of Fig.l.
Fig.3 another variant of the invention.
Fig. 4 some operational details relating to the embodiment of Fig.3.
Fig. 5, 6 and 7 of other variants of the invention where regulating means are used to control the operation of an excitation machine connected to the field circuit of a generator. Fig. 1 shows an electric machine 1 connected to the charging circuit 2 and provided with a field winding 3 connected to the charging circuit via a transformer 4, and an electric valve 5 which comprises grids or control electrodes 6 and 7, a mercury cathode 8 and anodes 9 and 10, a battery 12 and a priming switch 11.
As is known with the type of valve shown, the initiation of current in valve 5 can be prevented by applying a negative voltage to the gates, but if this negative voltage is applied during the flow of current, it is. unable to stop it until the moment when the anode potential crosses zero.
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the grids 6 and 7 are connected to the cathode 8 via resistors 13 and 14, the opposite halves of the secondary circuit 16 of a transformer 17 and a resistor 19.
A capacitor 20 is placed as a shunt across the resistor 19, to reduce the ripples of the current passing through this resistor. The primary circuit 21 of the transformer
17 is connected to the load circuit 2 by means of a phase regulator device 22 comprising a polyphase stator winding and a single phase rotor winding, The torque which is exerted on the rotor shaft of the apparatus phase modifier, through its windings, is proportional to the square of the load circuit voltage, and it acts in the opposite direction to the counterweight 3 intended to adjust the phase relation between the anode and anode voltages. valve grid 5, in accordance with the voltage variation of the charging circuit,
The invention will be better understood if one refers to the diagram of FIG. G where the anode and gate voltages of the valve 5 are represented respectively by the curves 26 and 27 and the negative voltage generated by the resistor 19, by line 28 As indicated above, the phase relationship between the gate and anode voltages of valve 5 is determined by the position of the rotor, of the phase modifier. It can be assumed that this relationship is that shown in the figure, when the load circuit 2 operates under normal voltage.
Under these conditions, the torques acting in opposite directions on the rotor shaft are balanced, and the valve 5 becomes conductive at the instant t, where the gate voltage becomes positive, and it becomes non-conductive at the instant tl where the anode tensin cancels out, and sufficient current then flows through valve 5 to generate normal excitation of field winding 3
However, if the voltage of the load circuit increases, the torque exerted through the windings of the phase modifier increases, the phase difference between the gate and anode voltages increases accordingly, the valve 5 becomes conductive at a subsequent instant t of the period, and the current flowing through the winding 3 decreases, which tends to bring the voltage of the charging circuit back to its normal value.
If the voltage decreases below its normal value, the torque exerted by means of the phase modifier windings decreases, the difference of @
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phase between the anode and gate voltages also decreases, and the valve 5 becomes conductive at an earlier instant 1 of the period; the current of the winding 3 increases, and the voltage of the load circuit tends to take its normal value.
Any slight deviation of the voltage of the load circuit from its normal value instantly brings into play a force which tends to bring it back to its normal value. resistor 19 prevents any oscillation due to variations in the voltage of the load circuit. the voltage drop across resistor 19, under normal line operating conditions
2, can be assumed represented by line 28 of fig 2 If the current of the field winding 3 increases, this voltage drop increases, the valve
5 becomes conductive at an Instant IL later than the period, preventing an exaggerated increase in field current due to displacement of the phase modifier rotor beyond the equilibrium position.
Likewise, as the field current decreases, the voltage drop across the resistor
19 decreases, the valve 5 becomes conductive at an earlier instant of the period, which prevents a greater decrease in the field current.
Such operation prevents fluctuations in the field current and voltage of the load circuit from reaching dangerous values.
To generate, when starting, the voltage of the machine 1, it is possible to use an auxiliary machine 24 intended to supply the excitation current to the winding 3 This machine is however useless when the machine 1 has magnetism. sufficient residual to ensure its own start-up.
Fig. 3 shows an embodiment of the invention which differs from that of Fig. 1 in that the phase modifier is replaced by a phase regulating device 25 the negative voltage due to the resistor 19, and the capacitor 20 are replaced by a battery 26 intended to apply a positive voltage to the gates of the valve 5, and the start-up exciter 24 is replaced by a battery 24 The operation of this embodiment of the invention will be better understood with reference to in fig. 4 where curve 26 represents the anode potential, curves 27 and 27 different values of the gate potential,
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and line 28 the positive voltage generated by battery 26.
The phase relation existing between the anode and gate voltages, when the load circuit 2 operates under normal voltage, can be assumed to be that represented by curves 26 and 27 Under these conditions, the valve 5 becomes conductive. at time 1 when the gate voltage becomes positive, and it becomes non-conductive at time t1 when the anode voltage reaches zero, and the excitation of winding 3 is maintained at its normal value, If the voltage of the load circuit decreases, the gate voltage increases, the valve
5 opens at an Instant IL subsequent to the period, the intensity of the current passing through the winding 3 decreases, and the voltage of the cnarge circuit tends to decrease to its normal value.
If the gate voltage decreases to a value represented by curve 27, the gate is still positive at the instant t when the anode becomes positive, and the current flows through the valve during the entire half-period, which increases the excitation field, and brings the voltage of the charge circuit back to its normal value, without noticeable delay between the moment when the voltage begins to deviate from its normal value and when this deviation is corrected,
On Ftg. 5, there is shown an exciter 30 intended to supply current to the field winding 3. This exciter is provided with a field winding 31 connected to the valve 5, and arranged so as to be connected to the exciter terminals via resistor 32 and a switch 33,
while starting the machine 1. resistor 19 and battery 26 are both used to control the voltage applied to the gates. In the operation of this embodiment, the movable contact of the device 25 is set so as to give the proper phase relationship between the gate and anode voltages, and the voltage variation applied to the gates and generated by resistor 19 and the battery 26 is used to regulate the opening of the valve 5, so as to give a falling characteristic to the voltage of the charging circuit.
In Fig. 5, the valve 5 is shown as provided with excitation electrodes 34 connected to the transformer 4 by means of the reactors 35 and the transformer 36, which are intended to maintain the voltage. incandescent spot of the cathode. These two excitation electrodes can also
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their be employed with the valves shown in the various figures of the drawings.
In the embodiment shown in Fig. 6, the grids 6 and 7 are connected to the cathode 8, by means of resistors 13 and 14, of the secondary winding of the transformer 17, of a device 37 generating a positive voltage and a resistor 38 intended to oppose the oscillations.
the primary circuit of transformer 17 is connected to transformer 4 by means of phase regulating means comprising, for example, an adjustable capacitor 39 and a resistor 40 The field winding 31 of the field exciter 30 is connected to the valve 5, via a transformer 41, the secondary winding of which is connected to resistor 38. Oscillations are prevented by variations in the voltage applied to the gates, which is generated by the back electromotive force applied to resistor 38 through transformer 41 when the strength of the exciter field current varies. By adjusting the capacitance of capacitor 39, the proper phase relationship between the gate and anode voltages is obtained.
In Fig. 7, there is shown exciter bars 42 supplied by means of the valve 5 and the transformer 4 the device intended to oppose the oscillations comprises a current source 43 a valve 44 and a capacitor. gate 45, bypassing a resistor 46, this device applies to resistor 38 a counter electromotive force varying in accordance with the voltage of the load circuit. This variation is due to the fact that the gate voltage of the valve 44 is equal or proportional to the voltage of the load circuit. Any expert can easily modify these means of varying the gate voltage, so as to prevent oscillations.
Several embodiments of the invention have been represented and described above, showing its main characteristics, but it is however clear that they can be modified in many ways, with a view to adapting them to the conditions which are encountered. .