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Prooédé de réglage et nouveau régulateur automatique de tension pour courants alternatifs
Pour l'alimentation d'un grand nombre d'appareils éléc- triques il est nécessaire ou utile que le courant dont on dispose ait une tension plus constante que celle du courant fourni par cer tains secteurs alternatifs,, la tension du courant des secteurs va- riants souvent entre des limites de ¯ 20% ou même entre les limites plus écartées.
En dehors de certains appareils scientifiques et des ap- pareils à rayons X, ce sont surtout les appareils de T.S.F, alimen- tés par le courant du secteur qui souffrent de ces variations de ten- sion. Pour éoarter les Inconvénients de ces variations on a orée des régulateurs à ampoule fer-hydrogènemais ces régulateurs ne fonc- tionnent que pour un débit bien déterminé. Ils présentent en outre l'inconvénient d'avoir une grande inertie et leur effet de réglage n'est pas instantané.
D'autres régulateurs fonctionnent soit avec des selfs à noyau mobile et avec des condensateurs à grande capacité, soit aveo des inductances, dont l'une est à circuit magnétique saturé et l'au- tre à circuit magnétique faiblement saturé et avec des capacités.
Dans ces cas, le circuit d'utilisation se branche aux bornes des condensateurs. Ces systèmes présentent des avantages, mais leur prix est élevé par rapport à leur puissance et leur plage de réglage est restreinte.
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Les régulateurs automatiques à induction ne sont économiques que pour les grandes puissances.
La présente invention a pour objet un nouveau procédé de réglage ou stabilisation de tension et un régulateur automatique sta- tique de tension dont la plage de réglage est très étendue et peut dépasser ¯ 50% de la tension constante désirée. Ce régulateur est d'un prix de revient relativement réduit; il ne comporte aucun or- gane mobile et son action est instantanée.
Sur le dessein annexé on a représenté,à titre d'exemple, dif- férentsmodes de mise en oeuvre de la présente invention.
Sur ce dessein,
La figure 1 est un schéma expliquant le fonctionnement du dispositif objet de l'invention;
La figure 2 montée en coupe une inductance à section con- tractée ou rétrécie par découpage d'un trou ovale dans les tales magnétiques; La figure 3 représente en perspective une inductance dans laquelle la section contractée est réalisée d'une. autre façon;
La figure montre en perspective une forme d'exécution d'une, inductance légèrement différente de celle qua représente la figure 3 ;
Les figures 5-9, enfin, sont des schémas montrant divers modes de mise en oeuvre de la présente invention.
L'invention se fonde sur les considérations suivantes:
Lorsqu'on branche en série une capacité C et une inductance I à fer ( voir fig. 1) sur un courant alternatif de tension variable on obtient, dans certaines conditions, une tension pratiquement cons- tante aux bornes de l'inductance. Les conditions essentielles pour le bon fonctionnement du système sont, d'une part, pour l'ensemble un facteur de puissance décalé en avant, c'est-à-dire un (facteur de puissance capacitif) et, d'autre part, un courant magnétisant (de (l'inductance) qui présente un coude prononcé dans sa caractéristique indiquant que le fer de l'inductance est dans un état voisin de la saturation.
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Lorsque ces conditions sont respectées, la tension aux bornes de l'inductance varie très peu avec la charge. Le système perd sa stabilité lorsque, soit par diminution de capacité du condensateur, soit par augmentation du débit watté, le facteur de puissance de l'ensemble devient voisin de l'unité.
Ce système donne des résultats très satisfaisants: à pleine charge, il réduit, à la sortie S; au cinquième ou au sixième une va- riation déterminée à l'entrée E.
Comme le fer de l'inductance est dans un état voisin de la sa- turation, il se produit des pertes notables par hystérésis et par oourants parasites.
Conformément à la présente invent/ion on réduit ces pertes par la disposition suivante:
On contracte ou on diminue, sur un parcours relativement faible et en un endroit où il est facile de le refroidir, c'est-à-dire en un endroit qui ne porte pas d'enroulement, la section du fer du. air- cuit s'élève à une valeur voisine de la saturation, cette section contractée donnant au circuit la caractéristique fortement incurvée du courant magnétisant, qui est nécessaire au bon fonctionnement du système.
Grâce à cette mesure les pertes dans le fer de l'inductance. peuvent rester faibles sur la partie la plus longue du parcours du. flux et celui-ci peut cependant atteindre une valeur très élevée par suite de ltinduction élevée, mais dans la seotion contractée seulement.
Il en résulte que les pertes totales sont relativement faibles et que par suite, on atteint un rendement élevé pour l'ensemble sans nuire au bon fonctionnement de cet ensemble.
On peut réaliser la contraction, par exemple comme le mon- tre la figure 2, en pratiquant, dans les parties de tôles qui se trou- vent à l'extérieur de l'enroulement, des trous, a qui peuvent être rectangulaires ou ovales. On peut aussi faire alterner des tôles pré- sentant un grand entrefer e avec des tôles sans entrefer (voir fig. 3).
Lorsque pour le serrage des tôles magnétiques composant on utilise des flasques en un métal magnétique/ le circuit magnétique el que le fer ou lante, il se produit dans
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ces flasques. à l'endroit de la contraction du circuit magnétique un échauffement considérable dû à l'existence d'un flux parasite audit endroit. On évite cet échauffement en utilisant des flas- ques en un métal non magnétique tel que le laiton..
Toutefois pour éviter l'utilisation des métaux non magnéti- ques, d'un prix relativement élevé, on peut appliquer sur les deux faces du circuit magnétique, une certaine épaisseur de t$les ma- gnétiques supplémentaires à faibles pertes, à section non contrac- tée et sans entrefer, comme on l'a montré sur la figure 4 et in- tercaler, entre les flasques (en métal magnétique) et ces tales supplémentaires sans entrefer, une certaine épaisseur de matière isolante i.
Dans certains cas, on a besoin d'une ou de plusieurs ten- sions différentes d'utilisation. Au lieu d'intercaler alors entre le régulateur et le circuit d'utilisation un transformateur il suffit comme le montre la figure 5, de disposer sur l'inductance de réglage un ou plusieurs enroulements qui fournissent la ou'les tensions stables désirées. On peut encore avec une économie sou- vent appréciable, exécuter l'inductance de réglage en auto-trans- formateur survolteur. La figure 6 montre une inductance de réglage avec auto-transformateur abaisseur de tension.
Ainsi qu'il a été dit plus haut, le facteur de puissance de l'ensemble capacité-inductance doit être décalé en avant. Pra- tiquement ce facteur de puissance sera même très réduit et de l'or- dre de cos/= 0,3 à 0,5. Dans certains cas il résultera du fait de ce facteur de puissance décala-on avant ou facteur de puissance capacitif un avantage appréciable car lorsqu'un certain nombre de ces appareils sont branches sur un secteur ils en amenèrent le facteur de puissance décale en arrière.
Dans d'autres cas, un facteur de puissance aussi bas du régulateur de tensionpeut être indésirable. Pour l'améliorer, on peut disposer à l'entrée du système régulateur une autre inductance I par exemple à entrefer, qui provoque un décalage du. courant en arr rière comme on l'a indiqué sur la figure 7. On arrive ainsi à main-
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tenir le facteur de puissance de l'ensemble régulateur et induc- tance supplémentaire à la valeur désirée, par exemple dans le voi- sinage de cos= 1,0 soit légèrement en avant soit légèrement en ar- rière.
Le montage qu'on vien de décrire ne compense pas, d'une façon absolue, les variations de la tension à l'entrée, mais les réduit à 15 ou 20% de la valeur initiale. Très souvent ce réglage sera suffisant.
On peut cependant réduire ces variations pratiquement à zéro. En effet si l'on branche à l'entrée; E du système, c'est-à dire sur le courant à tension variable, un transformateur T qui produit un tension bien déterminée, laquelle est fonction de la tension d'entrée, et si comme on le montre sur la figure 8 l'on oppose la tension de ce transformateur T à la tension réglée par le régulatetr de tension, on obtient dans certaines conditions:, à la sortie E, une résultante, c'est-à-dire un courant qui n'accuse pratiquement aucune variation de tension lorsqu'il se manifeste desvariations de ¯30% par exemple à l'entrée.Ce montage permet de maintenir rigoureusement, constante, à 110 volts par exemple, une tension qui varie ente 75 et 150 volts et ceci en pleine charge du régulateur.
On peut même obtenir par ce procédé une variation en sens contraire, par une sorte de surcompoundage c'est-à-dire de fa- çon que, si la tension à l'entrée augmente, la tension à la sortie baisse et inversement .
Enfin, si l'on établit ce transformateur de aompoundage de façon à lui donner un faible facteur de puissance, par exemple en le construisant avec un entrefer, comme on l'a représenté en il sur la figure 9, il peut en même temps servir à améliorer le facteur de puissance du régulateur . Dans ce cas, on peut se passer d'une inductance spéciale servant à améliorer le facteur de puissance du régulateur.
Il est bien entendu que les modes d'exécution décrits
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n'ont été donnés qu'à titre d'exemple et qu'on peut, sans s'écar- ter de l'esprit de la présente invention, y apporter diverses mo- difications.
REVENDICATIONS S
La présente invention a pour objet : A. Un procédé de stabilisation ou de réglage automatique de ten- sion pour courants alternatifs, ledit procédé étant caractérise par le fait qu'on branche en série une capacité et une inductance sur le courant alternatif à tension variable qu'on désire régler, la tension constante étant obtenue aux bornes de l'inductance.
B. Un régulateur automatique de tension pour la mise en oeuvre du procède spécifié sous A, ledit régulateur présentant les caracté- ristiques suivantes:
1 L'ensemble capacité-inductance a un facteur de puissan- oe décalé en avant et l'inductance a un courant magnétisant dont la caractéristique présente une incurvation pronocée qui correspond à un état voisin de la saturation pour le fer de l'inductance à air- cuit magnétique.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Regulating process and new automatic voltage regulator for alternating currents
For the supply of a large number of electrical appliances it is necessary or useful that the current available has a voltage more constant than that of the current supplied by certain AC sectors, the voltage of the current of the sectors will - laughing often between limits of ¯ 20% or even between the more wide apart limits.
Apart from certain scientific devices and X-ray devices, it is above all the T.S.F. devices, supplied by the mains current which suffer from these voltage variations. To avoid the disadvantages of these variations, iron-hydrogen bulb regulators have been used, but these regulators only work for a well-defined flow rate. They also have the drawback of having great inertia and their adjustment effect is not instantaneous.
Other regulators work either with moving core inductors and with capacitors of great capacity, or with inductors, one of which has a saturated magnetic circuit and the other with a weakly saturated magnetic circuit and with capacitors.
In these cases, the user circuit is connected to the terminals of the capacitors. These systems have advantages, but their price is high compared to their power and their adjustment range is limited.
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Automatic induction regulators are only economical for large powers.
The object of the present invention is a new method for regulating or stabilizing voltage and a static automatic voltage regulator, the adjustment range of which is very wide and can exceed ¯ 50% of the desired constant voltage. This regulator has a relatively low cost price; it has no moving part and its action is instantaneous.
On the attached drawing, various embodiments of the present invention have been shown by way of example.
On this design,
FIG. 1 is a diagram explaining the operation of the device which is the subject of the invention;
FIG. 2, mounted in section, an inductor with a section contracted or narrowed by cutting an oval hole in the magnetic plates; FIG. 3 shows in perspective an inductance in which the contracted section is made of one. other way;
The figure shows in perspective an embodiment of an inductance slightly different from that which represents FIG. 3;
Figures 5-9, finally, are diagrams showing various embodiments of the present invention.
The invention is based on the following considerations:
When a capacitor C and an iron inductor I are connected in series (see fig. 1) to an alternating current of variable voltage, under certain conditions, a practically constant voltage is obtained at the terminals of the inductor. The essential conditions for the correct functioning of the system are, on the one hand, for the whole a power factor shifted forward, that is to say a (capacitive power factor) and, on the other hand, a magnetizing current (of (the inductor) which has a pronounced bend in its characteristic indicating that the iron of the inductor is in a state close to saturation.
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When these conditions are met, the voltage across the inductance varies very little with the load. The system loses its stability when, either by reducing the capacitance of the capacitor, or by increasing the watt-flow rate, the power factor of the assembly becomes close to unity.
This system gives very satisfactory results: at full load, it reduces, at the output S; at the fifth or sixth, a variation determined at input E.
As the iron in the inductance is in a state close to saturation, notable losses occur through hysteresis and parasitic currents.
In accordance with the present invention, these losses are reduced by the following arrangement:
One contracts or one decreases, over a relatively short distance and in a place where it is easy to cool it, that is to say in a place which does not carry any winding, the section of the iron of. aircuit rises to a value close to saturation, this contracted section giving the circuit the strongly curved characteristic of the magnetizing current, which is necessary for the proper functioning of the system.
Thanks to this measurement the losses in the iron of the inductance. may remain weak on the longest part of the course. flux and this can however reach a very high value as a result of the high induction, but in the contracted seotion only.
As a result, the total losses are relatively low and that as a result, a high efficiency is achieved for the assembly without adversely affecting the proper functioning of this assembly.
The contraction can be achieved, for example as shown in FIG. 2, by making holes in the parts of the sheets which are outside the winding, a which can be rectangular or oval. It is also possible to alternate sheets having a large air gap with sheets without an air gap (see fig. 3).
When for the clamping of the component magnetic sheets one uses flanges in a magnetic metal / the magnetic circuit as the iron or lante, it occurs in
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these flasks. at the location of the contraction of the magnetic circuit, considerable heating due to the existence of a parasitic flux at said location. This heating is avoided by using flanges made of a non-magnetic metal such as brass.
However, to avoid the use of non-magnetic metals, which are relatively expensive, it is possible to apply to both sides of the magnetic circuit, a certain thickness of t $ additional low-loss magnets, with non-contrac section. - tee and without air gap, as has been shown in FIG. 4, and insert, between the flanges (in magnetic metal) and these additional tales without air gap, a certain thickness of insulating material i.
In some cases one or more different operating voltages are required. Instead of inserting then between the regulator and the circuit of use a transformer it is sufficient, as shown in FIG. 5, to place on the adjustment inductor one or more windings which provide the desired stable voltages or '. It is also possible, with often appreciable savings, to execute the regulating inductance as a booster auto-transformer. Figure 6 shows a regulating inductor with step-down auto-transformer.
As was said above, the power factor of the capacitor-inductor assembly must be shifted forward. In practice, this power factor will even be very small and of the order of cos / = 0.3 to 0.5. In some cases it will result from the fact of this power factor shifted forward or capacitive power factor an appreciable advantage because when a certain number of these devices are connected to a sector they brought the power factor backwards.
In other cases, such a low voltage regulator power factor may be undesirable. To improve it, we can have at the input of the regulator system another inductance I, for example with an air gap, which causes a shift of. running backwards as indicated in FIG. 7. We thus arrive at main-
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keep the power factor of the regulator and additional inductance assembly at the desired value, for example in the vicinity of cos = 1.0 either slightly forward or slightly backward.
The assembly which has just been described does not absolutely compensate for the variations in the voltage at the input, but reduces them to 15 or 20% of the initial value. Very often this setting will be sufficient.
However, these variations can be reduced to practically zero. Indeed if one plugs in at the entrance; E of the system, that is to say on the current with variable voltage, a transformer T which produces a well-determined voltage, which is a function of the input voltage, and if, as shown in figure 8, we opposes the voltage of this transformer T to the voltage set by the voltage regulator, under certain conditions, we obtain :, at the output E, a resultant, that is to say a current which shows practically no variation in voltage when there are variations of ¯30% for example at the input. This assembly makes it possible to maintain rigorously, constant, at 110 volts for example, a voltage which varies between 75 and 150 volts and this under full load of the regulator.
It is even possible to obtain by this process a variation in the opposite direction, by a kind of overcompounding, that is to say so that, if the voltage at the input increases, the voltage at the output drops and vice versa.
Finally, if one establishes this aompoundage transformer in such a way as to give it a low power factor, for example by building it with an air gap, as represented in it in figure 9, it can at the same time be used. to improve the power factor of the regulator. In this case, a special inductor for improving the power factor of the regulator can be dispensed with.
It is understood that the embodiments described
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have been given by way of example only and that various modifications can be made to it without departing from the spirit of the present invention.
CLAIMS S
The present invention relates to: A. A method for stabilizing or automatically adjusting the voltage for alternating currents, said method being characterized by the fact that a capacitor and an inductor are connected in series to the alternating current at variable voltage. that one wishes to adjust, the constant voltage being obtained at the terminals of the inductance.
B. An automatic voltage regulator for carrying out the procedure specified under A, said regulator having the following characteristics:
1 The capacitor-inductor assembly has a power factor shifted forward and the inductor has a magnetizing current, the characteristic of which exhibits a pronounced curvature which corresponds to a state close to saturation for the iron of the air inductor - magnetic fired.
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