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Régulateur pour circuits électriques, comprenant une colonne de disques de charbon soumise à une pression.
Il a été reconnu qu'un des meilleurs régulateurs automatiques de l'éleotrotechnique est le régulateur à char- bon dont la résistance régulatrice est constituée par une colonne de disques ou anneaux de charbon empilés, soumise à une pression variable au moyen d'un électroaimant sous la dépendant- ee de la grandeur à contrôler. Lorsque la pression exercée sur la colonne varie, la résistance de la colonne change dans de larges limites.
Un tel régulateur se compose donc d'une colonne de charbon et d'un électroaimant à armature, ainsi que d'un dis- '
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positif transmettant la pression de l'armature de l'électro- aimant à la colonne de charbon, et d'un ressort de régulateur.
Les régulateurs à charbon astatiques fonctionnant correctement comportent en outre un dispositif compensateur, ayant généra- lement la forme d'une came de guidage, qui sert à établir, pour chaque grandeur de la résistance de la colonne, l'équi- libre astatique des forces quand la grandeur à régler voulue est obtenue. Par suite de la multiplicité des pièces mécani- ques distinctes à employer, il faut un grand nombre d'éléments de construction, ce qui d'ailleurs procure d'excellentes qua- lités de réglage, et la colonne de charbon doit avoir une très grande gamme de réglage.
L'invention a pour but, tout en conservant comme organe de réglage une colonne de charbon, de créer un régu- lateur qui permette d'exécuter un réglage suffisant à beau- coup de fins et exigeant beaucoup moins d'éléments de cons- truction. L'invention consiste à commander le changement de la pression sur la colonne de charbon par la dilatation ther- mique d'un corps chauffé par le courant de commande.
On décrira ci-après plusieurs exemples d'exécution et de connexions. La colonne de charbon est munie aux deux extrémités, de la manière usuelle, de disques d'extrémité; ceux-ci sont maintenus ensemble sous tension initiale par un fil métallique tendu. Ce fil métallique est chauffé par le courant de commande de manière à changer de longueur en fonc- tion de la grandeur à commander. De ce fait change aussi en même temps la pression exercée sur la colonne de charbon et, partant, la résistance de la colonne. Le fil tendu peut être chauffé soit directement, du fait qu'il est parcouru par le courant de commande, soit parce qu'il est entouré d'un enrou- lement chauffant parcouru par le courant de commande.
Le fil tendu ou un certain nombre de fils tendus peut ou peuvent être
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disposés soit à l'intérieur, soit à l'extérieur de la colonne de charbon ; ce dernier cas ils peuvent attaquer la co- lonne de charbon directement ou par l'intermédiaire d'une transmission mécanique.
La colonne peut être attaquée de manière que lors- que l'intensité du courant de commande augmente il se produi- se un accroissement de la résistance de la colonne de charbon, ou bien de manière qu'il en résulte une diminution de la ré- sistance. Ce dernier mode de réglage s'obtient quand le fil tendu est chargé par un ressort qui, au fur et à mesure que le fil s'allonge, détend le fil et serre la colonne de char- bon.
Au lieu d'un fil tendu on peut aussi employer un élément bimétallique pour commander la pression sur la co- lonne de charbon, par exemple en faisant en sorte que l'ex- trémité d'une lame bimétallique chauffée par le courant de commande appuie sur la colonne de charbon.
.La fig. 1 des dessins annexés montre la forme d'exécution la plus simple de l'invention. S est la colonne de charbon qui est serrée par un fil métallique tendu F servant en même temps de fil chauffant. Le chauffage du fil tendu a pour effet, en raison de l'allongement thermique, de desserrer la colonne de charbon et d'augmenter ainsi la ré- sistance. Quand la longueur du fil tendu F est plus grande que la hauteur de la colonne de charbon S, on augmente arti- ficiellement cette hauteur en intercalant un tube d'espacement
Z.
La fige 2 montre un montage analogue, dans lequel la résistance de la colonne de charbon diminue quand le fil tendu est chauffé davantage. Le fil F est maintenu tendu par un ressort D. Quand le chauffage croit, le fil s'allonge et le ressort D serre la colonne de charbon S dont la résistance diminue ainsi.
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Pour coordonner entre eux la dilatation thermique du fil tendu et l'allongement élastique de la. colonne de charbon, il peut être avantageux de faire agir le fil tendu sur la colonne de charbon par l'intermédiaire d'une trans- mission mécanique à levier. La fig. 3 montre un montage con- venant à cette fin. Plusieurs fils tendus sont représentés, qui peuvent être connectés électriquement entre eux de toute manière voulue et qui attaquent de concert un levier H.
En employant un levier à deux bras, il est aussi possible de faire agir les fils tendus sur le bras du levier de transmission, qui est opposé à la colonne de charbon.
L'action du régulateur est alors renversée, c'est-à-dire que lorsque le fil tendu est chauffé, la colonne de charbon est serrée et sa résistance diminue; à l'endroit des fils tendus de la fig. 3 il doit alors être prévu en outre un ressort qui produit la pression sur la colonne de charbon.
Pour obtenir une plus grande précision, il est avantageux de ne faire agir sur la colonne de charbon le fil métallique tendu qu'au-dessus d'un préchauffage déterminé. A cet effet on peut employer le dispositif représenté sur la fig. 4. S désigne comme précédemment la colonne de charbon,
F est le fil métallique tendu qui est en même temps le fil chauffant, E est un ressort de compression et A est une vis de butée. Le dispositif fonctionne de la manière suivante.
Quand le chauffage du fil tendu augmente, la dilatation thermique ne permet d'abord qu'une extension du ressort de compression E, dont la caractéristique peut être en pente douce. La pression exercée sur la colonne de charbon reste alors pratiquement égale à elle-même. Ce n'est que lorsque le point d'attache du fil tendu vient porter contre la vis de butée A, qu'une dilatation thermique ultérieure du fil ten- du produit un desserrage de la colonne de charbon. On obtient .alors des courbes de réglage plus raides et, partant, une plus.--
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grande précision. En réglant la vis A on peut décaler le point où commence la commande de la colonne de charbon et adapter ainsi le régulateur à des conditions de service dif- férentes.
Le régulateur conforme à l'invention est applicable, tout comme les formes d'exécution connues du régulateur à charbon, à toutes les questions de réglage qui peuvent être résolues en faisant changer automatiquement une résistance en fonction d'une grandeur électrique. De préférence, on l'emploie comme régulateur servant à maintenir constantes des tensions ou des intensités de courant.
La fig. 5 montre une application relative au régla- ge d'un courant, le régulateur ayant pour tâche d'alimenter un consommateur N d'un courant constant en dépit de varia-. tions de la tension appliquée au consommateur. Le fil tendu F et la colonne de charbon S sont intercalés en série dans le circuit à régler. Le dispositif fonctionne de la manière suivante :
Lorsqu'il se produit une augmentation passagère du courant circulant dans le circuit, due par exemple à un accroissement de la tension de réseau au-delà de la grandeur imposée à laquelle correspondent un degré de chauffage déter- miné du fil tendu F et, partant, une longueur déterminée du fil et une pression déterminée sur la colonne de charbon, le fil tendu F est chauffé davantage, s'allonge et diminue sa pression sur la colonne de charbon dont la résistance augmen- te de ce fait.
L'augmentation de la résistance a pour effet de diminuer le courant à la grandeur voulue; inversement, une diminution indésirable du courant provoque un refroidissement du fil tendu, une diminution de sa longueur, une plus forte pression sur la colonne de charbon et une diminution de la résistance de la colonne, de sorte que le courant peut remonter à son intensité imposée.
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La fig. 6 montre un montage du régulateur, dans lequel le fil tendu F, au lieu d'être connecté en série au consommateur N, est branché en parallèle sur celui-ci. Ce montage permet de maintenir constante la tension E' aux bornes du consommateur quand la tension de ligne E varie.
Lorsqu'on se propose de maintenir constante une tension en intercalant par exemple la colonne de charbon comme résistance de réseau ou dans le circuit d'excitation d'une génératrice, l'emploi d'un seul régulateur conforme à l'invention, comme celui représenté sur la fig. 6, ne suffit pas toujours. En effet, le régulateur conforme à l'invention possède un notable facteur statique, c'est-à-dire qu'à un chan- gement permanent de la pression sur la colonne de charbon correspond nécessairement un changement permanent du courant parcourant le fil chauffé.
On supposera que pour un changement de la tension de 1% aux extrémités du fil chauffé la résistance de la colon- ne de charbon change de 10%; on supposera en outre que pour maintenir constante la tension en cas de diminution du cou- rant consommé il faille que la résistance de la colonne de charbon augmente d'une quantité double. La tension de sortie doit alors positivement augmenter de 10% et conserver cette grandeur.
Suivant l'invention, on obvie à cet inconvénient en faisant en sorte que, selon le rapport de résistances exigé pour le dernier étage (étage de travail), plusieurs régula- teurs soient connectés entre eux comme dans un système régu- lateur à tubes à plusieurs étages en cascade. La fig. 7 montre un tel montage en .cascade; chaque régulateur y est figuré schématiquement par la colonne de charbon et le fil chauffé dessiné à côté d'elle.
On supposera que pour pouvoir maintenir constante
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la tension aux bornes du consommateur N pour toutes les varia- tions prévisibles de la charge et de la tension dalimenta- tion, il faille dans l'exemple considéré choisir un rapport de résistances 1,:20 pour la colonne de charbon S3 de 1'.étage de travail 3. Pour pouvoir atteindre ce but, il faut que, avec un facteur statique admis de 10% de changement de la résistance pour 1% de changement de l'intensité du courant, le courant circulant dans le fil chauffé F3 change dans le rapport 1:2. Ce courant est toutefois commandé par la colonne de charbon 82 de l'étage de commande 2, dont la résistance doit donc changer dans le rapport 1:2.
Le courant du fil chauffé F2 doit alors être changé dans le rapport 1:0,2. Ce fil est à son tour influencé par l'étage de commande 1 dont le courant de commande doit ainsi varier dans le rapport 1 :0,02.
Ce courant de commande est toutefois fourni direc- tement par la tension réglée aux bornes dû consommateur N, de sorte que lorsque la résistance de l'étage de travail varie dans le rapport 1:20 cette tension ne varie que de + 1%.
De cette façon, le rapport statique, incommode en soi, des régulateurs conformes à l'invention employés isolément est pratiquement éliminé par le montage en cascade. En augmentant le nombre d'étages de commande on peut en principe accroître la précision autant qu'on le désire. Il est alors particuliè- rement avantageux que les étages de commande n'aient qu'un très faible rapport de résistances et n'aient à fournir que la puissance de commande requise pour l'étage de commande sui- vant respectif; par,suite on peut agencer les régulateurs de commande de manière qu'ils soient très petits et peu coûteux.
Lorsqu'on emploie pour les étages de commande des régulateurs selon la fig.1, 3 ou 4, dans lesquels une augmen- tation de la résistance correspond à un chauffage plus intense du fil chauffé, le nombre d'étages doit être impair pour pro-
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duire dans l'étage de travail un changement de résistance dans le sens correct. Lorsqu'on emploie des régulateurs selon la Fig. 2 pour l'étage de commande, on peut aussi employer un nombre pair d'étages.
Les génératrices électriques qui doivent fournir une tension constante et qui de ce fait sont maintenues à une tension constante par des dispositifs de réglage auto- matiques, sont particulièrement menacées par une consommation de courant accrue des consommateurs qu'elles alimentent et, à plus forte raison, par les courts-circuits. Bien que le courant puisse augmenter jusqu'à une limite maximum de la génératrice, il faut autant que possible l'empêcher d'aug- menter au-delà de cette limite. ou au moins le limiter dans une notable mesure. Aussi la génératrice doit-elle avoir une caractéristique tension-courant qui est horizontale jusqu'à un courant limite prédéterminé et qui tombe ensuite brusque- ment.
On peut obtenir une telle caractéristique grâce à la présente invention, ainsi que le montre la fig. 8. Sur cette figure A est la droite parallèle aux abscisses, qui représente une tension constante. Les caractéristiques B et C sont obtenues par les moyens connus et elles ne satisfont guère aux conditions requises. La caractéristique D est ob- tenue en employant l'invention et elle atteint le but de façon pratiquement parfaite.
Sur les figs. 9 et 10 sont représentés deux exem- ples d'exécution. M est un inducteur, D est l'induit d'un régulateur de tension qui agit de manière connue en soi sur une colonne de charbon non représentée. Sp est la bobine de mesure commandant l'inducteur, qui est connectée en série avec une résistance W et en parallèle avec le consommateur V aux conducteurs de réseau arrivant de gauche. Sur la fig. 9 l'in- ducteur porte encore une bobine St branchée en parallèle sur
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la colonne de charbon K. La colonne de charbon K et le fil chauffé H constituent un montage conforme à l'invention et sont connectés entre eux et au consommateur V en série pour contrôler le courant.
La colonne de charbon se rapportant à l'inducteur M à induit D et bobine de mesure Sp est supposée être intercalée dans le conducteur d'amenée à gauche du fil chauffant H. Le dispositif fonctionne de la manière suivante :
La bobine Sp mesure la tension du courant se rendant au consommateur V et établit une résistance d'une grandeur correspondante dans la colonne de charbon non représentée. Le courant se rendant au consommateur V parcourt le fil chauffé
H et le chauffe.
Toutefois, sa variation de longueur n'influe pas de prime abord sur la pression exercée sur la colonne de charbon, étant donné que la plaque à ressort I de la fig.4 peut d'abôrd se déplacer librement, de manière que le ressort agissant sur cette plaque se détende légèrement sans toutefois changer la pression exercée sur la colonne de charbon. Fina- lement, la plaque à ressort I vient en contact avec la vis de réglage représentée. Désormais, quand le courant augmente davantage et que le fil chauffé H s'allonge, la pression sur la colonne de charbon diminue, de manière à créer une plus grande résistance. De ce fait, moins de courant traverse la colonne de charbon K, mais plus de courant va à la bobine St, laquelle produit ainsi dans l'aimant M une plus grande force magnétique.
Le sens de cette force est choisi de manière que la régulateur magnétique Sp, M, D produise désormais un ré- glage à une plus basse tension qui diminue le courant se ren- dant au consommateur.
Sur la fig. 10 les bobines Sp et St sont réunies en une seule bobine Sp et de ce fait la colonne de charbon K n'est plus en série avec le fil chauffant H et le consommateur V, mais en série avec la résistance W et en parallèle avec la ..bobine Sp pour être raccordée à la tension du consommateur.
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Le fonctionnement est identiquement le même que pour le mon- tage de la fig. 9, étant donné que, ici encore, la colonne de charbon K laisse passer dans la bobine Sp, selon la résistance établie, un courant plus ou moins intense et pro- duit ainsi une force de réglage plus ou moins importante.
Enfin la fig. 11 montre qu'on peut varier la limite de cou- rant au-dessus de laquelle la tension est abaissée, c'est-à- dire que le réglage produit par le régulateur de tension en vue de maintenir une tension constante est supprimé et rem- placé par un réglage à une tension devenant de plus en plus faible au fur et à mesure que le courant croît. On atteint ce but de manière simple en actionnant la vis de réglage prévue dans la plaque d'extrémité du tube d'espacement Z, E, de ma- nière que la plaque à ressort vienne plus tôt ou plus tard en contact avec la vis quand le fil chauffé se dilate, cest- à-dire que la colonne de charbon K commence à être influencée plus tôt ou plus tard.
Lorsqu'on enfonce davantage la vis de réglage, de façon à diminuer la distance, la plaque I vient plus tôt en contact avec la vis et le réglage commence pour un courant limite plus faible ; on peut augmenter le courant limite en dévissant la vis de réglage. Ces deux possibilités sont représentées sur la Fig. 11 par les courbes en pointillés. Un pareil changement de l'intensité de courant limite se traduit aussi de manière correspondante sur le tracé de la courbe D de la fig. 8, c'est-à-dire que le coude de la. courbe correspond à un courant moins intense ou à un courant plus intense.
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