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Dispositif d'alimentation continue d'appareils alimentés en courant alternatif, notamment d'appareils de télésignalisation.
L'invention est r,elative à la distribution du courant à des appareils qui reçoivent leur énérgie soit d'un réseau à courant alternatif, soit d'un réseau à courant continu. Il est connu d'utiliser à cet effet des convertisseurs tournants de transformation du courant continu en courant alternatif,notamment descommutatrices, ayant un bon rendement, et où. la tension alternative fournie est indépendante dans une large mesure de la valeur de la charge. Dans les dispositifs
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connus, on alimente les appareils en service normal à partir du réseau à courant alternatif. Lorsque la tension alternative fait défaut, on fait démarrer un convertisseur ou une commuta- trice, alimenté par une batterie existante et fournissant la tension alternative pour les appareils.
Cette disposition a l'inconvénient que pour faire démarrer la commutatrice ou le convertisseur, il faut un certain temps pendant lequel les appareils ne sont pas alimentés. Pour abréger la durée de cet intervalle de temps, on a aussi remplacé les commutatrices par des onduleurs fonctionnant avec des lampes ou tubes de déchar- ge à atmosphère gazeuse et fournissant une tension alternative immédiatement après leur enclenchement. Ces onduleurs ne conviennent toutefois pas pour tous les cas, entre autres parce que la tension alternative qu'ils fournissent varie avec la charge plus fortement que dans le cas des commutatrices.
Avec la présente invention, on évite ces inconvénients des dispositifs connus, et on obtient une alimentation continue ou permanente des appareils alimentés en courant alternatif, notamment des appareils de télésignalisation ou de télécommande, cette alimentation étant caractérisée pa r l'utilisation d'une commutatrice tournant d'une façon continue, alimentée normalement par l'un des réseaux, par exemple le réseau à courant alternatif, et commutée immédiatement, lors d'une variation excessive ou d'une disparition complète de la tension de ce réseau, sur l'autre réseau, par exemple le réseau à courant continu, et à partir de ce moment, cette commutatrice alimente l'appareil consommateur d'énergie.
Une installation de ce type suppose qu'on a pris des mesures au moyen desquelles la commutatrice acquiert toujours, du c8té continu, même lorsqu'elle est alimentée en courant alternatif, une polarité telle qu'on puisse à tout instant la brancher sur le réseau continu , et d'autre part de façon que le branchement de la commutatrice tournante sur le réseau à courant alternatif ne donne pas lieu à des court-circuits de la tension alternative lorsque les- deux tensions alter-
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native fournies d'une part par le réseau et d'autre part par la commutatrice sont de phases fortement décalées l'une par rapport à l'autre.
La présente invention consiste en différents moyens pour éviter ce risque. Lorsque la commutatrice doit fournir du côté continu une polarité toujours déterminée après avoir été lancée par le côté alternatif, il faut que le champ d'ex- citation ait toujours un sens déterminé. on peut obtenir ce résultat par l'insertion d'un redresseur dans le circuit d'ex- citation, ou par l'insertion d'un courant supplémentaire d'excitation ou d'un champ d'excitation ayant le sens nécessaire, et amenant également la commutatrice, lors de son démarrage , sur la polarité voulue.
Une autre solution possible consiste à enclencher l'excitation-précisément à l'instant où règne sur l'armature la polarité voulue, de sorte que le champ d'excitation favori- se la naissance de la polarité voulue et fournisse le cas échéant cette polarité après- deux ou plusieurs manoeuvres d'en- clenchement. Une troisième solution possible consiste à lais- ser la commutatrice se régler sur une polarité quelconque et à inverser en conséquence la polartié des conducteurs d'ali- mentation du réseau à courant continu au moyen d'un relais de renversement de la polarité.
Pour la réunion de la tension alternative du réseau avec la tension alternative de la commutatrice, il y a égale- ment, d'après la présente invention, diverses solutions possi- bles. Par une comparaison des deux tensions alternatives, le cas échéant par l'intermédiaire d'un transformateur de mesure, on peut actionner un relais qui n'entre pn action que si les deux tensions sont exactement en phase, et qui.réunit alors ces deux tensions rapidement. Une autre solution possible consiste à séparer d'abord la commutatrice du réseau à courant continu, et à.insérer, entre le côté alternatif de la commutatrice et @
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le réseau à courant alternatif, des résistances limtant l'intensité, et à ne brancher la commutatrice sur le réseau alternatif qu'après l'enclenchement de ces résistances.
Par ce moyen, la commutatrice continue d'être entraînée par le réseau alternatif. Après la coupure du réseau continu, jusqu'au branchement sur le réseau alternatif, la commutatrice fonctionne comme une génératrice auto-excitée, et maintient l'alimentation par son énergie cinétique. Les résistances en série entre la commutatrice et le réseau alternatif sont ensuite court-circuitées après la commutation sur le réseau alternatif. Ces résistances doivent être calculées de façon que la tension ne baisse pas trop fortement aux bornes de l'appareil consommateur pendant la période de commutation. La commutation même doit s'effectuer aussi rapidement que possible, pour que l'appareil consommateur ne déclenche pas pendant ce temps. Pour la commutation, il suffit par exemple de 100 à 300 millisecondes.
Dans certains cas, il est avantageux de prévoir sur l'appareil consommateur des organes de retardement, afin d'empecher un déclenchement de cet appareil consommateur pendant cette baisse de tension de courte durée. Par ailleurs , l'objet de la présente invention va être décrit en détail à l'aide de quelques exemples d'exécution représentés sur le dessin joint.
La fig. 1 représente un dispositif d'alimentation continue dans lequel on obtient la polarité correcte de la commu- tatrice du côté continu au moyen d'un champ d'excitation ayant le sens correspondan t, et dans lequel la réunion des tensions alternatives s'effectue après comparaison de leursphases. La fige 2 représente un autre montage possible pour le relais àe comparaison et pour l'enroulement d'excitation, Enfin, la fig.3 représente un dispositif dans lequel on obtient la polarité voulue du côté continu en enclenchant l'enroulement d'excitation lorsque la polarité correcte apparaît sur la commutatrice.
Sur la fig. 4 est représenté un montage dans lequel on ootient le
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branchement de la commutatrice sur le réseau continu en inversant la polarité des conducteurs d'alimentation de la commutatrice, tandis qu'on insère pendant un court instant dans les conducteurs d'alimentation par le réseau à courant alternatif, pendant les commutationssur ce réseau d'alimentation a courant alternatif, des résistances.
Sur la fig, l, l'appareil consommateur V de courant alternatif doit être alimenté d'une manière continue, et il reçoit la tension alternative Uw directement, ou bien il est alimenté par la tension continue Ug par l'intermédiaire de]. commutatrice U. Cette commutatrice U tourne d'une manière permanente et reçoit également l'énergie d'une part de Uw et d'autre part de Ug. Ce montage fonctionne de la manière suivante. on supposera que la commutatrice fonctionne et que l'alimentation de l'appareil consommateur s'effectue directement à partir du réseau à courant alternatif. Dans ce cas, les deux relais de 'surveillance de 'la tension Ph1 et Ph2 sont attirés, ce qui a pour effet que le relais ZA est également actionné. Son contact za' fait entrer' en action le relais K qui actionne par son contact k le relais de commutation D.
Par l'intermédiaire de ses contacts d''' à dV, la tension alternative a été enclenchée, tandis que par l'intermédiaire des contacts d' et d",on a coupé la tension continue. Lorsque la tension alternative s'annule, ZA,K et D tonbent, de sorte que la commutatrice se trouve branchée sur la tension continue et alimente à partir de cette dernière l'appareil consommateur. Lors du retour de la tension alternative, les relais Ph1 et Ph2 entrent de nouveau en action et enclenchent le relais ZA. Ce dernier ferme par ses contacts za' et za" les circuits par les deux enroulements, branchés en opposition, du relais K. L'enroulement II du relais est ap pliqué sur la tension continue, tandis que l'enroulement I est en série avec les deux transformateurs de tension Tr1 et Tr2, dont les enroulements secondaires sont montés en opposition.
A l'aide du redresseur Gl, on redresse la tension alternative aux bornes des transformateurs de tension, et on la dirige sur 1'enroua
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lement 1. Lorsque la tension du réseau alternatif et la tension alternative fournie par la commutatrice sont en phase, les tensions fournies par Tr1 et Tr2 se compensent, de sorte que KI cesse d'être parcouru par le courant et que le relais K entre en action par l'enroulement II. K provoque l'attraction du relais de commutation D qui provoque la coupure de la tension cor:tinue etle branchement de la commuta triée sur la tensionalternative. Après la commutation , il faut prévoir des moyens pour que, du côté continu de la commutatrice, la même polarité se conserve.
A cet effet, il faut que le courant ou le champ d'excitation ait un sens déterminé. Par conséquent,en- série avec l'enroulement d'excitation E est monté le redresseur Gl au moyen duquel on fixe le sens du courant d'excitation. Cet effet est encore renforcé par la création d'un champ d'excitation adoi- tionnel au moyen de l'enroulement E1 qui estalimenté par l'intermédiaire du redresser Gl2 et de la self Dr de stabilisation.
Comme ces dispositifs ne sont utilisés que pendant le démarrage, on peut les débrancher après le démarrage lorsque la polarité correcte s'est établie. A cet effet, on utilise le relais Sy qui n'entre en action, par l'intermédiaire du redresseur Gl2, que si la polarité correcte existe, et qui court-circuite le redresseur Gl1 et coupe Gl2.
L'entrée en action du relais K est rendue impossible sur la fig. 1 lorsqu'il n'y a pas égalité de phase, étant donne qu'on a prévu deux enroulements branchés en opposition. Deux autres solutions possibles pour le branchement du relais K sont représentées sur les fig. 2 et 3. D'après la fig. 2, on dirige sur un enroulement du relais K la tension continue par l'intermediaire du contact Za, et la différence des tensions des deux transformateurs de tension pari'intermédiaire du redresseur Gl4.
Ces deux circuits ont en commun la résistance R1 aux bornes de laquelle se manifeste la tension différentielle qui agit en sens contraire de la tension continue, tandis que, lorsque la tension différentielle disparaît le relais K entre en action. Pour éviter
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que, dans le cas de la prédominance de la tension différen- tielle le relais K entre en action sous l'effet d'un courant de sens opposé, on prévoit le redresseur Gl5 qui arrête la ten- sion différentielle. Par' ce moyen, on a la possibilité de don- ner au relais K une grande sensibilité, indépendamment de la tension différentielle, de telle sorte qu'il entre en action rapidement et provoque la co mmutation.
Un autre montage-est représenté sur la fig. 3. Le dé- marrage de la commutatrice U par le côté alternatif s'obtient par l'enclenchement de l'interrupteur de protection MS du moteur.
Par ce moyen, les relais PW et Vl entrent en action. V1 enclenche par' son contact Vi le relais V2 et le relais de démarrage U3.
U3 coupe par ses. contacts u3' à u3'' le court-circuit des ré- sistances R1 à R3 et enclenche par- u3IV le relais U1. U1 se main- tient par son contact u1V et coupe par son contact u1VI le relais V1 qui déclenche à son tour U3. Par les contacts u1' à. u1''', on enclenche la tension alternative, et on coupe en même temps par les contacts u1VII et u1VIII la tension continue. Après la' chu-' te du relais retardé V1, U3 tombe et court-circuite de nouveau les résistances de démarrage R1 à R3. Pendant ce temps, la résis- tance R5 était également court-circuitée par le contact V2, de sorte que le relais PW était réglé sur sa sensibilité élevée.
Par ce moyen, on évite qu'en cas de baisse de la tension alternative, en raison de la charge plus forte qui se produit au démarrage de la commutatrice, le relais PW tombe et coupë de nouveau la commu- tatrice.
Pendant la commutation, il¯ faut de nouveau obtenir d'une façon certaine la polarité correcte du côté continu. Lorsque la tension apparait avec la. polarité correcte, le relais An entre en action par l'intermédiaire du redresseur Gl3 et enclenche par son contact an' l'enroulement d'excitation, de sorte que l'enrou- lement d'excitation contribue à régler l'armature -sur cette po- lartié et que l'armature se règle sur cette polarité après une ou plusieurs entrées en action de An.
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La commutatrice peut aussi être lancée a partir du réseau continu. Par l'enclenchement de la tension continue Ug, les relais PG1 et U7 entrent en action. Par ce moyen, la tension continue est appliquée par le contact u7 a la commutatrice, le relais An entre en action et il enclenche l'enroulement d'exci- tation E. Lorsqu'une tension déterminée a été atteinte, le relais PG2 entre en action et court-circuite de nouveau la résistance de démarrage R . U alimente du côté alternatif l'appareil consom- mateur V.
Lorsque la commutatrice est en service et que la tension du réseau baisse d'une quantité déterminée ou dépasse une valeur déterminée, le relais de contrôle PW tombe. Il suffit alors en général de l'un des relais de surveillance, monté entre deux phases , pour surveiller le courant triphasé. Lorsque la surveillance doit être très précise, on peut aussi insérer des relais de contrôle entre les autres phases. Lorsque PW tombe, le relais ul tombe et branche par ses contacts u1VII et u1VIII la commutatrice sur le réseau continu, tandis que par les contacts u1' à u1''' il coupe la tension alternative. Le relais temporisé " Tr et le relais S sont enclenchés par le contact pw et, par l'in- termédiaire du contact tr, le relais Z entre en action et coupe de nouveau par z" les relais Tr et S.
Le contact Tr reste fermé pendant un certain temps, par exemple une ou plusieurs minutes, et après l'expiration de cette période de temps, il coupe de nou- veau le relais Z, ce qui a pour effet de constituer un contrôle de ce que la tension alternative existe de nouveau. cette période de temps de retardement est avantageuse pour éviter que, dans le cas d'un retour de courte durée seulement de la tension alternat!- ve, il faille brancher sur le réseau alternatif, et peu après de nouveau sur le réseau continu.
Lorsqu'après le fonctionnement de Tr la tension al- ternative existe de nouveau , les relais PW et V1 entrent de nou- veau en action. La commutatrice est coupée du réseau continu par le relais U1 et est commutée sur le réseau alternatif après l'en- clenchement des résistances R 1 à R3. Les résistances R1 doivent
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être calculées de façon qu'il ne se produise pas de court-circuit lors de la commutation, même lorsque la phase de la tension alternative de la commutatrice n'est pas la bonne, de façon que ni le réseau alternatif ni la commutatrice ne soient chargés d'une manière excessive. Après le passage à l'alimentation par le côté alternatif, le relais An a pour effet, comme cela a déjà été exposé ci-dessus, que la polarité soit également rétablie de façon correcte du côté continu.
Pendant la commutation.) la tension alternative nécessaire à l'appareil consommateur V est fournie par l'énergie cinétique : de la commutatrice qui tourne.
Par le calcul des dimensions des résistances- R1 à R3 qui fixent la baisse de la tenaion et par le temps correspondant de commutation des relais U1 et U3, il faut obtenir dans chaque cas que la baisse de tension de côurte durée ne provoque aucune i nterruption de fonctionnement de l'appareil.consommateur V.
Dans des cas très rares, il peut arriver que le réseau à courant alternatif fasse de nouveau défaut immédiatement après la commutation, et avant que la polarité correcte soit rétablie du côté continu de la commutatrice. Dans ce cas, le relais An est tombé, de sorte que V3 est attiré et que l'enroulement 1 de u7 est coupé. far ce moyen, on empêche sur le contact u7 la réunion avec' le réseau continu.
U7 n'entre en action que lorsque le relais de contrôle PG2 est tombe, c'est à dire lorsque la tension continue s'ést réduite, par,le ralentissement de la commutatrice, à une faible valeur, par exemple à 15%, de sorte qu'on fait démarrer la commutatrice à nouveau et automatiquement par le réseau à courant continu. Ensuite, U est enclenché par l'intermédiaire de l'enroulement 2.au,mayen du contact gp2", de sorte que la Maison avec le réseau continu est rétablie. Pour ce. cas, on peut encore adopter une autre Solution dans laquelle on inverse les connexions entre le réseau continu et la commutatrice, d'une manière analogue à ce qui sera exposé plus loin à propos de la fig.
4, de façon qu'il ne soit pas nécessaire de couper la tension al-
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ternative, étant donné qu'on peut assurer le branchement sur le réseau continu quelle que soit la polarité de la commuta- trice.
Dans le cas où le réseau continu fait défaut, on revient sur le réseau alternatif même si la tension alternative n'est pas comprise dans les limites de tolérance prescrites. Comme le râlais PG1 estlors tombé , V1 entreen action par l'intermédiaire du contact pg'et on augmente considérablement la sensibilité de PW en court-circuitant la résistance en série R5 au moyen de pg1".
Si le réseau triphasé fait défaut par suite a'un court-circuit , l'interrupteur de protec tion MS du moteur,, peut s'ouvrir du fait que la commutatrice qui tourne alimente en retour le réseau. Cet interrupteur s'enclenche automatiquement à nouveau par l'intermédiaire du contact u11V lorsque la tension alternative UW reparaît.
Sur la fig. 4 est représentée une partie de la fige 3, mais dans laquelle on obtient la polarité correcte du côté continu de la commutatrice, par le fait qu'un relais de commu- tation U5 entre en action par 1'intermédiaire du redresseur G13 lorsque la polarité ne concorde pas, et inverse les connexions de la commutatrice au moyen de ses contacts u5' et u5". Dans ce cas, le relais de démarrage An entre en action immédiatement lorsque le commutatrice tourne, et il enclenche l'enroulement d'excitation E indépendamment de la polarité qui s'établit.
En disposant une commutatrice qui tourne d'une manière continue, on obtient qu'il ne soit plus nécessaire de ne faire démarrer cette commutatrice qu'après l'annulation de la tension dans l'un des réseaux, de sorte qu'il ne se produit aucune interruption dans l'alimentation des appareils. Toutefois, si l'un des réseaux fait défaut fréquemment ou longtemps, par exemple le. réseau a courant alternatif, cette disposition nécessite une batterie relativement grande pour l'alimentation de la commutatrice pendant les pannes du réseau à courant alternatif.
Comme le
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fonctionnement et l'Entretien des grandes batteries entraînent des frais relativement grands, les appareils ne doivent être ali- mentés, selon une autre caractéristique de la présente invention, que pendant un court instant par le réseau de réserve jusqu'à. ce qu'on ait fait démarrer une autre génératrice d'énergie, par exemple un groupe à moteur à. essence ou à moteur Diesel. Des gë- nérateurs d'énergie de ce type peuvent produire sans grandes dé- penses et sans un entretien particulier des quantités suffisan- tes d'énergie. Par contre, il ne serait pas économique de les faire fonctionner en permanence tant que l'on dispose de la ten- sion du réseau.
Ces générateurs d'-énergie, peuvent à leur tour entraîner une génératrice qui fournit la tension pour les appareils d'a- limentation. Toutefois, on peut utiliser avec avantage comme gé- nératrice la commutatrice même, qu'on fait alors fonctionner com- me une génératrice auto-excitée. Dans ce cas, on fait fonction- ner la commutatrice, lorsque la tension normale fait défaut, tout d'abord au moyen du réseau de réserve, et on fait demarrer en même temps l'autre générateur d'énergie, par exemple le grou- pe Diesel. Lorsque le moteur Diesel a atteint la vitesse correc- te, on l'accouple avec' la commutatrice ,et de préférence égale- ment d'une manière automatique . En même temps ,on déconnecte la commutatrice du réseau de réserve, de façon qu'elle fournisse désormais, à titre de génératrice, la tension d'alimentation pour les appareils.
Dans ce cas, on calcule les dimensions de la commutatrice de façon qu'elle puisse également fonctionner en génératrice, et on l'adapte avec avantage également au généra- teur d'énergie, par- exemple au moteur Diesel. Il faut. donc cal- culer ses dimensions par exemple de façon qu'elle fournisse une tension constante même avec la vitesse de rotation non uniforme du moteur Diesel .
D'autre part, on peut le cas échéant , faire un pas de plus et utiliser- la commutatrice qui tourne d'une manière conti- @ @
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nue comme moteur de lancement du moteur Diesel. On obtient alors un groupe relativement simple, qui ne se compose que du moteur Diesel et de la commutatrice, et qui permet d'alimenter en courant d'une manière permanente les appareils qui doivent être alimentés. Dans ce cas, il est avantageux, lorsque la tension normale disparaît, de faire passer la commutatrice sur la batterie de façon qu'elle soit alimentée d'abord par cette dernière et qu'elle couple ensuite le moteur Diesel avec la commutatrice, de façon que le moteur puisse être lancé par cette dernière.
Le cas échéant, on donnera a la masse tournante de la commutatrice une valeur plus importante pour obtenir l'énergie necessaire au démarrage. hprès le retour de la tension normale du réseau, on débraie de nouveau le moteur Diesel et on branche de nouveau la commutatrice sur la tension du réseau. On procède a cette commutation de préférence non immédiatement, mais seulement lorsque la tension du réseau s'est maintenue pendant un temps déterminé, par exemple pendant une ci. trois minutes. Enfin, on peut utiliser la commutatrice, qui transforme non seulement le courant continu en courant alternatif, mais aussi le courant alternatif en courant continu, pour charger la batterie de réserve à partir de la tension du réseau.
AU moyen de ces mesures, il devient possible de se contenter de batteries relativement petites, parce que la batterie n'est utilisée que peu de temps pendant la démarrage du moteur Diesel ou à essence , de sorte qu'on peut prélever des courants intenses pendant cette charge de courte durée même à une batterie relativement petite. Cette disposition ne se borne naturellement pas aux moteurs Diesel ou à essence, mais est avantageuse dans tous les cas où il s'agit de réaliser une alimentation continue en courant, où., après la disparition de la tension du réseau à courant alternatif, le fourniture du courant s'effectue au moyen d'une machine qui n'est capable d'assurer le service qu'après l'expiration d'une période de démarrage.