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Montage pour l'interruption de courant alternatif.
La présente invention se rapporte à l'amélioration d'un montage pour l'interruption de:courant alternatif, dans lequel une selfinduotion de commutation à noyau magnétique fortement saturé pour la valeur nominale est montée en série avec l'endroit d'interruption, et la désaturation de cette self induction provoque chaque fois dans le voisinage d'une va- leur de zéro du courant, une pause de courant faible pendant laquelle le courant peut être interrompu dans les conditions facilitées et par conséquent sans étincelles nuisibles de com- mutation. Comme on le sait, on peut par une magnétisation
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préalable supplémentaire du noyau magnétique, faire varier la position de la pause de courant faible par rapport au pas- sage du courant par zéro.
La présente invention consiste en ce que par la magnétisation préalable le courant à interrom- pre est maintenu, pendant la pause de courant faible, à une valeur presque constante. Ceci a l'avantage que même pour une position différente de l'instant de commutation à l'intérieur de la pause de courant faible, il règne toujours des conditions d'interruption aussi favorables.
La caractéristique de l'invention sera expliquée à l'aide des fig. 1 à 7 parmi lesquelles la fig. 1 montre l'al- lure de la magnétisation d'une selfinduction de commutation sansl'emploi et avec l'emploi de la présente invention; les fig. 2 et 5 à 7 montrent l'allure, dans le temps, du courant à interrompre pour différentes magnétisations préalables et les fig. 3 et 4 montrent des exemples schématiques de montage.
La courbe de magnétisation du noyau de la selfinduc- tion de commutation doit, dans la région non saturée, être aus- si peu inclinée que possible par rapport à l'axe d'induction, présenter aux endroits de transition vers les régions satu- rées un coude de saturation aussi net que possible et s'éten- dre dans les régions saturées, pour une induction aussi élevée que possible, à peu près parallèlement à l'axe d'excitation.
Cette conformation idéale est atteinte de façon plus ou moins approchée par la courbe de magnétisation des noyaux réalisés jusqu'à présent. En particulier on ne peut éviter une minime inclinaison par rapport à l'axe d'induction dans la région non-saturée, telle que celle que présente par exemple la ligne caractéristique de magnétisation d'un noyau en ruban annulaire essayéapratiquement. ligne dont une branche est représentéeà la fig. 1 en trait plein. Il en résulte, dans le cas d'une ten- sion motrice sinusoïdale, à peu près une allure du courant al- ternatif à interrompre suivant la courbe J à la fig. 2. Une partie de cette courbe, la pause de courant faible notamment, est dessinée à la fig. 5 à une échelle agrandie.
Cette partie
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prend l'allure désignée par J' et représentée par une ligne en traits interrompus, sans aucune magnétisation préalable, la désaturation brusque se produisant seulement après le pas- sage du courant par zéro. A l'aide d'une magnétisation préa- lable supplémentaire avec du courant continu ou du courant alternatif, on parvient d'une manière connue à déplacer l'ar- rivée de la désaturation de façon que le courant ait l'allure représentée approximativement à la fig. 5 par la courbe J en traits pleins. Si on emploie alors pour la magnétisation préa- lable un courant alternatif iv5, la courbe de courant reste symétrique par rapport à la lignede zéro par le fait que la pause de courant faible précède, à la fin des deux demi-ondes, le passage du courant par zéro.
La partie de courbe aplatie présente toutefois en tout cas une certaine inclinaison par rapport à la ligne de zéro. Il en résulte que le courant a une valeur plus ou moins grande suivant la position de l'ins- tant où il eat interrompu. C'est ainsi qu'à la fig. 5 par exemple, la valeur instantanée du courant J serait de 0,5 amp. lorsque l'interruption se fait à l'instant t1, tandis qu'elle pourrait être seylement de 0,2 amp. pour l'instant t2 Il s'agit ici, il est vrai, comme on le voit en comparaison du courant nominal, de très petites valeurs qui comportent, au point de vue de l'ordre de grandeur, seulement une fraction minime de 1/100 ou 1/1000 de la valeur effective;
pour une interruption sans étincelle, ce qui importe de façon précise, c'est la valeur absolue du courant qui doit être interrompu.
Tandis que dans les conditions extérieures données, par exem- ple dans l'air à la pression atmosphérique et pour des con- taots de nature métallique dont les surfaces de contact peu- vent être faites en particulier en argent ou en cuivre, un courant de 0,2 amp. peut être interrompu directement sans étinoelle, il peut se produire déjà pour 0,5 amp. de petites étincelles qui peuvent nuire de façon sensible à la possibi- lité de fonctionnement permanent d'un dispositif de commuta- @
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tion qui doit effectuer, par exemple comme commutatrice, plu- sieurs millions de commutations par jour ;
ou si par exemple on peut se rendre maitre sans inconvénient de 0,5 amp? à l'ai- de d'un trajet de courant'de préférence capacitif monté en parallèle par rapport à l'endroit d'interruption, cela ne doit plus être le cas déjà pour 1 amp. à moins qu'on fasse une grande dépense pour le trajet en parallèle. Avant tout, la sécurité pour une interruption exempte d'étincelle est diffé- rente suivant l'endroit de la pause de faible courant pour le- quel les contacte commencent à s'écarter l'un de l'a utre.
Comme cet instant est variable avec la charge, il pourrait s'établir pendant le fonctionnement différentes conditions d'interruption, et on n'obtiendrait par conséquent pas un de- gré de sécurité bien déterminé contre la combustion nuisible du contact. Cet inconvénient peut par exemple être évité par le fait que, suivant la fig. 3, une partie au moins du courant de magnétisation préalable est prise à un condensateur 16 placé en parallèle par rapport à la selfinduotion de commuta- tion 14.
En cas de choix approprié de la grandeur du condensa- teur, qui doit se régler également d'après la vitesse, dépen- dant de la tension motrice, du changement de magnétisation du noyau 13 de la selfinduction de commutation, la courbe de ma- gnétisation de ce noyau peut par exemple prendre l'allure re- présentée en traits interrompus à la fig. 1, dans laquelle la valeur d'excitation mesurée en ampères-tours, varie dans une minime mesure autour d'une valeur moyenne H1 Les variations ou les oscillations peuvent être amorties à l'aide d'une ré- sistance ohmique 17 dans le circuit en parallèle.
Si la résis- tance d'amortissement est prise de grandeur telle que le cir- cuit en parallèle est apériodique, on peut produire par exem- ple une allure de la courbe de magnétisation suivant la ligne dessinée en traits de chaînette à la fig. l, dans laquelle une valeur moyenne H2 de l'excitation est maintenue constante presque pendant toute la pause de faible courant, de sorte que @
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l'ouverture de l'endroit de commutation 12 peut se faire pen- dant la pause du faible courant à n'importe quel instant, dans des conditions approximativement aussi favorables.
Il est possible en principe, pour une fonce déter- minée de l'allure de la tension à la bobine 14, de conformer le trajet en parallèle de telle manière que le courant absor- bé par celui-ci complète le courant d'excitation du noyau magnétique 13 lors de la traversée de la région non-saturée pour donner une valeur constante. Il faut à cet effet con- former de façon appropriée par une combinaison de résistances, de condensateurs et d'inductivités, la dépendance de fréquence du trajet en parallèle. Les courants partiels qui résultent de la décomposition suivant Fourrier du courant supplémentaire nécessaire, courants partiels ayant des fréquences différen- tes, peuvent par exemple être produite chacun par un circuit oscillant approprié. La superposition de toutes les oscilla- tions individuelles donne le courant supplémentaire désiré.
Pour un autre cas de fonctionnement quelconque,c'est-à-dire, une ahtre allure de la tension à la selfinduction de commu- tation, la compensation n'est pas complète alors, mais pra- tiquement suffisante toutefois dans de larges limites, comme on peut le conclure déjà d'après les exemples simples de la f ig. 1.
Une autre possibilité de compenser la partie apla- tie de la courbe de courant pendant la pause de faible cou- rant va être expliquée à l'aide d'un schéma de montage mono- phasé d'un agencement de transformation suivant la. fig. 4.
L'endroit de commutation 12 consiste ici en deux contacts fi- xes et en un pont de commutation mobile qui est actionné par un moteur synchrone 21 par l'intermédiaire d'un arbre à cames ou à excentrique 22 ou analogue et de poussoirs intermédiaires 23, la position de phase pouvant par exemple être réglée au moyen d'un transformateur rotatif 24 de telle manière que l'interruption du courant se produit pour des états de charge
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différents à l'intérieur de la pause à courant faible. En parali lèle sur l'endroit de commutation 12, on a placé aux contacts pour le retardement de la croissance de la tension qui revient, un condensateur 26 et une résistance d'amortissement 25.
L'en- droit de commutation est raccordé d'une part par l'intermédiaire de la selfinduotion de commutation 14 et d'un transformateur 11 à un réseau 10 de courant alternatif, et d'autre part à un au- tre système de courant 30. Dans le cas où ce dernier est un ré- seau à courant continu, on peut prévoir une self induction d'égal lisation 27, qui en cas de dispositions polyphasées, doit se placer après le point de réunion des lignes venant des disposi- tifs de contact des différentes phases, dans la ligne commune à oourant continu.
Pour la magnétisation préalable du noyau 13 de la self induction, on a prévu ici un enroulement spécial 18 (ce qui serait possible naturellement aussi dans la disposi- tion de la fig. 3 à la place d'un trajet de courant monté di- rectement en parallèle)..Le courant de magnétisation préalable sera empruntée d'une manière connue au réseau d'alimentation 10 ou au transformateur 11 par l'intermé¯diaire d'un régulateur de phase 20. Un réglage grossier de l'angle de phase nécessaire peut s'effectuer éventuellement par combilaison de phases au moyen d'enroulements auxiliaires montés sur différentes bran- ches du transformateur d'alimentation.
Si l'on utilise pour la magnétisation préalable une source de tension spéciale qui n'est pas couplée au réseau 10, le courant supplémentaire de magnéti- sation préalable peut être envoyé, d'une manière analogue à celle de la fig. 3, à travers l'enroulement principal 14 de la selfinduction de commutation, de sorte que l'enroulement supplémentaire 18 n'est pas nécessaire. L'amplitude et l'angle de phase du courant de magnétisation préalable par rapport au courant à interrompre peuvent se régler de telle manière que le courant de magnétisation préalable a, pendant la pause de courant faible, la même inclinaison que le courant d'excita- tion de la selfinduction de commutation.
La fig. 6 montre un @
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exemple de ce cas dans l'hypothèse d'un courant de magnétisa- tion préalable !va à allure sinusoïdale. Ici, non seulement l'inclinaison mais également la grandeur de la valeur instan- tanée du courant de magnétisation préalable iv6 coïncident avec le courant d'excitation J' nécessaire, de sorte que le courant J à interrompre ne doit en rien contribuer à l'exci- tation de la selfinduction de commutation pendant la pause de courant faible et devient par conséquent nul.
S'il faut produire le même résultat avec un trajet en parallèle suivant la fig. 3, on peut employer encore une autre magnétisation préalable au moyen d'un enroulement auxi- liaire 28 dont les valeurs de courant sont approximativement constantes pendant la pause de courant faible, que le courant de magnétisation préalable supplémentaire soit pris pour l'en- roulement auxiliaire 28 d'une source de courant continu ou d'u- ne source de courant alternatif. Il est à recommander à ce su- jet, en vue de la stabilisation de l'excitation supplémentai- re, de prévoir une selfinduction 29 dans le circuit éventuelle- ment réglable de magnétisation préalable de la bobine 28.
Il est également à conseiller d'appliquer, en vue de l'alimenta- tion de l'enroulement 18, une tension surélevée et de limiter ou de régler le courant de magnétisation préalable par une in- ductivité supplémentaire 19.
D'idéal d'une compensation complète, de telle sorte que la courant à interrompre possède exactement la valeur nulle pendant toute la pause de courant faible, est pratique- ment impossible à atteindre sans une grande dépense et pour cette raison àn accepte le plus souvent une minime variation.
Il est toutefois désirable en vue de la production d'une allu- re favorable de la tension en retour, à l'endroit d'interrup- tion, que la courbe de courant à la fin de la pause de faible courant présente un passage par zéro, qui précède immédiate- ment le nouvel accroissement rapide en sens inverse, car à un semblable passage par zéro du courant sont liés une inversion
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de sens de la tension en retour et par conséquent un retarde- ment de son accroissement à des valeurs dangereusement élevées.
En opposition à la tendance consistant à faire devenir nul le courant à interrompre pendant la pause de faible courant, il peut par conséquent être plus avantageux de lui donner unepe- tite valeur finie positive, et il faut à ce sujet considérer comme positif le sens du courant pendant la période de trans- mission précédente. Dans ce but on peut, par exemple dans le montage suivant la fig. 4, modifier de telle manière la posi- tion de phase du courant de magnétisation préalable par rapport à la fig. 6 que, comme le montre la fig. 7, par la différence du courant d'excitation apporté iv7 et du courant d'excitation nécessaire J', une grandeur finie du courant à interrompre J est produite pendant la pause de courant faible. La courbe com- plète du courant d'excitation apporté iv7 est rep,réeentée à la fig. 2 également.
En combinaison avec un trajet en parallèle, tel qu'il est représenté par exemple à la fig. 3, on peut produire une va- leur positive finie du courant à interrompre, pendant la pause de courant faible, en employant une magnétisation préalable supplémentaire à courant continu ou alternatif qui, pendant la pause de courant faible, est approximativement constante et plus grande d'uhe minime quantité que la valeur nécessaire du courant d'excitation, c'eat-à-dire plus grande que par exemple H1 ou H2 à la fig. 1. Une magnétisation préalable supplémentaire à courant alternatif qui remplit ces conditions, est par exemple donnée par la courbe déjà mentionnée iv5 à la fig. 2.
Les courbes du courant à interrompre suivant les fig.
2 et 5-7 présentent en correspondande avec la courbe de magné- tisation suivant la fig. l, la particularité que le commence- ment de la pause de courant faible est bien fixé de façon claire par un coude assez net, mais que cependant les courbes s'éten- dent à la fin de la pause de courant faible en un arc relative- ment aplati, de sorte qu'il règne en cet endroit des conditions
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assez diffuses. La pause de courant faible n'est donc utili- sable que jusqu'au commencement de la courbure plate mention- née pour l'opération d'interruption.
Ceci implique toutefois, lorsqu'on désire une longueur déterminée de la pause du cou- rant faible, une dépense élevée de matériaux, qui pourrait être évitée si on parvenait à compenser le courant de magnéti- sation de telle manière que le courant à interrompre présente également à la fin de la pause de courant faible un coude net.
Ceci est effectivement possible, dans le montage à trajet en parallèle suivant la fig. 3, par des circuits oscillants accor- dés de façon appropriée, ou bien dans le montage suivant la fig. 4 par l'alimentation de la magnétisation préalable au moyen d'une tension déformée par rapport à la forme sinusoi- dale, de telle manière que le courant de magnétisation préa- lable présente une allure s'écartant de la forme sinusoïdale et adaptée autant que possible à l'allure du courant d'exci- tation nécessaire du noyau magnétique pendant toute la pause de courant faible et en particulier à la fin de celle-ci.
Il est à recommander dans les cas dans lesquels un réglage des grandeurs électriques de fonctionnement, par exem- ple un réglage de la tension est prévu par variation de la tension d'alimentation ou bien - en das de fonctionnement de moteur-générateur - par décalage de la position de phases de l'instant de commutation par rapport à la position de phases de la tension alternative, de choisir l'amplitude et la posi- tion de phases du courant de magnétisation préalable de telle manière qu'autant que possible, sur toute la portée de réglage déterminée d'avance, un supplément satisfaisant du courant traversant la self induction de commutation pendant la pause de courant faible jusqu' à des valeurs instantanées approximative- ment constantes du courant à interrompre reste conservé,
de sorte qu'en cas de réglage de l'état de fonctionnement, un ré- glage simultané de la magnétisation préalable n'est pas né- cessaire,