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DISPOSITIF AUTOMATIQUE D'ABSORPTION D'ENERGIE POUR CIRCUITS
ELECTRIQUES A COURANTS ALTERNATIFS.
Dans les circuits électriques à courants alterna- tifs, présentant des variations de régime notables, tels que notamment ceux alimentés par un alternateur à vitesse variable, l'utilisation pratique d'appareils récepteurs, qui bien souvent exigent un fonctionnement entre des limites relativement étroi- tes, soulève de grandes difficultés lorsqu'il n'est pas possible pour une raison ou pour une autre, d'avoir recours à des géné rateurs spéciaux. Par ailleurs les dispositifs de protection qui peuvent être adjoints à chaque type de récepteur, présentent l'inconvénient d'être onéreux, et souvent de fonctionnement
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délicat.
C'est ainsi par exemple que dans des installations de faible importance, pour lesquelles la question de prix de revient est primordiale, comme notamment les installations d'éclairage ayant recours à des alternateurs dont la vitesse de rotation, et par suite la fréquence, varient dans des gammes étendues, telles que les installations d'éclairage des vélocipèdes, motocyclettes et analogues, les solutions géné- ralement adoptées sont inapplicables en raison de leur prix élevé.
L'invention par contre, procure un dispositif qui, tant par la modicité de son prix de revient propre, que par le fait qu'il ne nécessite aucune modification du circuit auquel il s'applique, permet d'obtenir, dans des conditions d'économie particulièrement avantageuses, l'absorption auto- Trafique des variations d'énergie préjudiciables aux appareils récepteurs. Cette absorption est réalisée par application au circuit soumis aux variations de régime, ou au récepteur qu'il s'agit de soustraire à ces variations, des condensateurs électrochimiques ou électrolytiques, en mettant à profit la propriété, autrement toujours combattue, que possèdent des condensateurs de présenter des pertes qui croissent avec la fréquence.
En outre l'invention met à profit également, le fait que les condensateurs de ce type sont les seuls à pré- senter, sous une masse sensiblement constante, une énergie réactive indépendante de la tension de formation, et de ce fait, un volume réduit à un minimum permettant les applica- tions envisagées ci-après.
L'effet d'absorption dépend, dans une grande mesure, de la non homogénéité de la couohe diélectrique formée sur les électrodes d'aluminium des condensateurs, et par suite du processus de formation de cette couche, en sorte qu'il
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@ est possible d'établir des condensateurs particulièrement adaptés à l'absorption d'énergie recherchée. Notamment les condensateurs appliqués conformément à l'invention peuvent être établis de manière à présenter des pertes suivant une caractéristique déterminée en fonction de la fréquence et de la tension, et cela à partir d'une valeur qui peut, elle-même, être fixée par construction même des condensateurs.
L'invention vise également des condensateurs, plus particulièrement adaptés à l'absorption de charge prévue, présentant, sur les électrodes d'aluminium, deux couches dié- leotriques de caractéristiques différentes, dont l'une est plus sensible aux variations de fréquenoe et l'autre plus sen- sible aux variations de tension.
Les condensateurs appliqués conformément à l'in- vention peuvent avantageusement être connectés en série avec une résistance variable, qui permet de conditionner l'absorp- tion des condensateurs suivant les besoins.
Le dessin annexé donne titre d'exemple et sohé.. matiquement des réalisations de l'invention, ainsi que des exécutions de condensateurs adaptées à l'application d'après l'invention.
La fige 1 montre comment est exécutée l'applica- tion suivent l'invention.
La fig. 2 est un diagramme explicatif de l'effet d'absorption assuré par le condensateur.
Les fiez. 3 et 4 sont des formes de réalisations, à échelle agrandie, de condensateurs électrochimiques d'absap- tion.
La fige 5 est un schéma montrant l'application de l'invention à une génératrice à excitation électromagné- tique.
La fige 6 montre l'application de l'invention à un tranformateur.
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La fig. 7 montre la combinaison d'un condensateur électrochimique à absorption avec une résistance réglable.
S'agissant d'absorber les variations de régime d'un circuit à oourant alternatif 1 comprenant un appareil récepteur, représenté pour fixer les idées par une lampe 2, alimenté par un alternateur 3 à vitesse variable, on branche aux bornes du circuit, un condensateur électrochimique ou électrolytique 4 présentant des pertes notables, L'alterna- teur peut par exemple être du type de ceux couramment utilisés pour l'éclairage des vélocipèdes, et entraînés par friction sur le pneumatique. La vitesse de rotation de cet alternateur varie dans des limites très étendues, et par suite la lampe 2 est soumise à de grandes variations qui sont fort préjudicia- bles à sa conservation.
Le diagramme de la fig. 2 donne une idée des variations de régime de l'installation, et de l'effet d'absorption du condensateur électrochimique appliqué confor- mément à l'invention. Dans ce diagramme est portée en abscisse la vitesse de rotation de l'alternateur en tours par minute et en ordonnée la tension aux bornes de l'alternateur en volts.
A vide la tension aux bornes de l'alternateur, sans applioa tion du condensateur électrochimique, est représentée par la droite I ; avec le condensateur éleotroohimique branohé aux tomes de l'alternateur, on obtient une absorption d'énergie notable comme le montrent les courbes II, III, IV, V établies pour diverses valeurs de capacité du condensateur éleotroohimi- que, et enfin, en charge, lorsque l'alternateur débite sur la lampe 2, on obtient une courbe ayant l'allure de la courbe VI, en trait plus fort, qui présente une grande stabilité dans une gamme étendue de vitesses, en raison de l'absorption crois- sant avec la fréquence procurée par le condensateur électro- chimique 4.
Outre cet avantage d'absorption d'énergie, l'ap- plication du condensateur électrochimique limite concurremment
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le danger d'électrocution et le danger de claquage du bobinage de l'alternateur. Par ailleurs, l'application suivant l'in- vention procure concurremment une surexcitation de l'alternateur laquelle se traduit par une montée plus rapide de la tension, ce qui permet à l'alternateur de fournir une tension utile à une vitesse de rotation moins élevée. A cet égard la courbe VII en trait mixte donne l'allure de la loi de variation de la tension en fonction de la vitesse, en charge, sans application de l'invention, et il suffit de comparer cette courbe à la courbe VI, obtenue en charge avec le dispositif suivent l'in- vention pour constater le gain obtenu par cette dernière aux faibles allures.
L'effet d'absorption, comme il a été indiqué, dépend dans une grande mesure de la nature de la couche diélec- trique formée sur l'électrode d'aluminium du condensateur. Il est donc possible, d'établir des condensateurs électrochimiques à absorption en agissant sur le degré d'homogénéité de la couche diélectrique, ce qui peut être accompli lors du processus de formation de cette couche. Cette dernière, se présente au début sous forme ga@euse (oxygène) pour aboutir finalement à une forme solide parfaitement homogène (A12 O3). Entre ces deux états ,on peut agir, lors du processus de formation, sur les facteurs !temps, tension, température, nature de l'électro- lyte, pour obtenir une couche diélectrique plus ou moins hété- rogène donnant lieu à un tel effet d'absorption désiré.
Un élément de condensateur à absorption ainsi éta- bli est représenté schématiquement en fig. 3 à échelle agrandie Il comprend deux électrodes d'aluminium symétriques 5 recou- vertes chacune d'une couche diélectrique 6, séparées par un électrolyte 7, immobilisé ou non, qui sert d'armature interca- laire. Le courant alternatif est appliqué aux électrodes d'a- luminium par les bornes 8, 8. L'élément peut également être
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formé de deux condensateurs unitaires montés en opposition comme il est représenté en fig. 4. Bien entendu les éléments peuvent être couplés de manière à augmenter la gamme de ten- sions dans laquelle le oondensateur peut ptocurer son effet d'absorption.
L'invention peut également s'appliquer aux géné- ratrices à excitation électromagnétique, telles que notamment les dynamos à courant continu, comme il est représenté en fig. 5. Dans ce cas, on dérive, sous forme alternative, au moyen de bagues 9,9, une fraction de l'énergie débitée par l'induit 10, et l'on applique à ces bagues le condensateur électrochimique 11, qui procure alors l'absorption d'énergie désirée. L'énergie sous forme alternative, non absorbée est redressée, par exemple à l'aide d'un dispositif à quatre re- dresseurs 12, 12, 12, 12 puis appliqués au circuit inducteur 13 de la génératrice.
Ou bien, si la puissance de la machine le permet, la totalité de l'énergie dérivée sous forme alter- native par la bagues 9,9 peut être absorbée par le conden- sateur électrochimique 11, auquel cas le dispositif de redres- sement et sa liaison électrique avec le circuit inducteur de la machine sont supprimés.
L'invention s'applique aussi à tous appareils parcourus par un courant alternatif, et notamment aux conver- tisseurs et transformateurs statiques. Dans ce dernier cas, le oondensateur électrochimique peut être connecté aux bornes de l'un ou l'autre des enroulements du transformateur, ou encore aux bornes d'une inductance en série dans le circuit primaire ou dans le circuit secondaire. En exemple d'applioa- tion de l'invention à un transformateur est donné schématique- ment en fig. 6. Le circuit est alimenté par un transformateur 13-14, dont le secondaire 14 est shunté par un oondensateur électrochimique à absorption 15. Une impédanoe 16 peut en outre @tre connectée en série dans le circuit secondaire.
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Suivant une variante le condensateur électrochimique à absorp- tion peut être branché aux bornes de l'impédance 16. Celle- oi peut en outre être ajustée à une fréquence voisine de la résonance, de manière qu'aveo le condensateur 15 à son bornes, la résonance soit effectivement obtenue.
Quel que soit l'appareil ou l'organe du circuit à courant alternatif, auquel est associé le condensateur électrochimique à absorption, ce dernier peut être avantageu- sement combiné ou complété avec une résistance réglable en série, qui permet par son réglage, d'ajuster l'effet d'absorp- tion du condensateur électrochimique à la valeur voulue et de soulager celui-ci si besoin est. En fig. 7 le condensateur électrochimique d'absorption 17 est appliqué, pour fixer les idées, à une inductance 18 insérée dans un circuit à courant alternatif soumis à de grandes variations de régime, Une ré- sistanae réglable 19 est alors montée en série aveo le con- densateur 17, et l'ensemble ainsi formé est branché aux bornes de l'inductance 18, qui peut d'ailleurs être également une impédance.
Par le réglage de la résistance 19 il est possible d'obtenir à volonté telle ou telle loi de variation en fonction de la fréquence de l'absorption d'énergie procurée par le oondensateur 17.
Dans le cas où les condensateurs électrochimiques à absorption doivent assurer une absorption préalablement définie dans des conditions déterminées, il va de soi que ces condensateurs peuvent être établis à l'avance, et si besoin est, sous forme de blocs unitaires incorporant une résistance de réglage.