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"SYSTEME D'ALIMENTATION A TENSION MINIMUM D'UN RELUS DE CIRCUIT DE VOIE A DEUX ALIMENTATIONS OU DE TOUT APPAREIL
A COURANT ALTERNATIF A PLUSIEURS ALIMENTATIONS"
Cette invention concerne le circuit de réglage dune des alimentations d'un appareil à plusieurs alimentations) en vue d'obtenir son fonctionnement avec le minimum de tension de la source alimentant ce circuit.
Dans certains systèmes connus, on a cherché à réduire la tension d'une alimentation de l'appareil, tout en conservant un fonctionnement régulier de oelui-oi, en provoquant seul le phénomène de la résonance par interposition d'une self ou d'une capacité entre la source et ltappareil, fig. i et 3 des dessins ci-annexés.
'Cette solution présente l'inconvénient que la tension réduite obtenue n'est pas la tension minimum assurant le fonc- tionnement régulier de l'appareil.
En effet, ce fonctionnement dépend encore des diffé- ronces d'angle de phase des courants qui traversent l'appareil considéra.
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On a également réalisé des systS9 U#)8uels on assure le déphasage convenable entre les courants d'alimenta- tion de l'appareil en plaçant des selfs, résistances ou ca- pacités entre une source et l'appareil, comme le montrent par exemple les figures 1,2 déjà mentionnées et les figures 3,4,5,6.
Ces systèmes présentent l'inconvénient que l'on peut encore réduire la tension de la source en provoquant en plus le phénomène de la résonance.
Le but du présent brevet est de remédier à ces inconvénients grâce à un système placé entre une source d'ali- mentation et les bornes correspondantes de l'appareil et qui permet, par le réglage des éléments qu'il comporte, de provo- quer le phénomène de résonance tout en permettant de régler le décalage d'angle de phase du courant qui passe dans l'appa- reil par rapport à un autre courant synchrone pria comme origine.
Ce résultat est obtenu en modifiant la valeur de deux impédances : l'une placée en série dans une alimentation de l'ap- pareil assure le phénomène de la résonance, et l'autre placée en dérivation sur la même alimentation, soit en amont soit en aval de la première impédance, permet de régler l'angle de phase du courant de cette alimentation par rapport à l'un des autres courants synchrones alimentant l'appareil.
La fig. 7 des dessins ci-annexés représente, à titre d'exemple non limitatif, un schéma de réalisation de la pré sente invention.
Entre les bornes A et B d'une alimentation de l'appa- reil représenté schématiquement par un rectangle r et les bornes de la source A' B', se trouve une impédance 1 qui, traversée par le courant d'alimentation, provoque le phénomène de la ré- sonance, compte tenu de la présence d'une impédance placée aux bornes de l'appareil en 2 ou aux bornes de la source en 2'.
L'impédance placée en dérivation en 2 ou en 2' agit de manière que le courant traversant l'appareilait le décalage d'angle de
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phase'voulu par rapport à ùn autre courant d'alimentation de l'appareil entrant, par exemple, par les bornes a et b. Les sour- ces a' b' et A' et B' sont synchrones; Les impédances sont réa- @ de condensateurs, lisées au moyen de bobines,/ou de bobines et de condensateurs et sont réglées à une valeur selfique ou capacitive suivant la nature des caractéristiques des sources et de l'appareil à ali- menter.
Pour illustrer cette invention, on considérera, à titre d'exemple , une réalisation pratique appliquée au relais à dis- que à deux alimentations utilisé en signalisation des chemins de fer.
Un relais à disque à deux alimentations se compose, ainsi qu'il est montré fig. 8, en perspective, d'un disque conduc- teur ii calé sur son axe 12 porté par deux paliers 13 et 14.
' Le disque 11 tourne dans l'entrefer de deux circuits magnéti- ques pourvus chacun d'un enroulement.
L'enroulement 15, dit "voie", reçoit son cou- rant du circuit de "voie"; l'autre enroulement 16, dit "local", reçoit son courant d'une source indépendante dite locale.
Les courants "voie" et "local" sont synchrones. L'enrou- lement "voie" 15 crée un flux #v qui engendre un courant dans le disque 11. Le flux #L est créé par l'enroulement local 16.
L'action réciproque de ce courant induit dans le disque 11 et du flux local #L, fait tourner le disque 11, lequel action'-' ne les contacts du relais. On sait que l'intensité du couple faisant tourner le disque dépend de l'intensité des courants qui traversent les deux enroulements 15 et 16. ainsi que du décalage d'angle de phase entre ces deux courants,
Afin de faire mieux comprendre la description qui pré- cède, on considérera ci-après le cas particulier du circuit de voie à courant alternatif utilisant, en signalisation des che- mins de fer, un relais à disque à deux alimentations tel que celui visé précédemment.
Le principe du circuit de voie à courant alternatif
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consiste à scinder la voie en tronçons électriquement indé- pendants pour le courant alternatif de contrôle et parfai tement reliés entre eux au point de vue du courant continu de traction. On obtient ce résultat en disposant, aux extré- mités des tronçons de voie, des impédances de très faible résistance ohmique, laissant donc passer le courant continu de traction, mais dont la self arrête le courant alternatif.
Ces impédances ont reçu le nom de "connexions induotives" et sont désignées C I dans le schéma montré fig. 9. Le relais de circuit de voie est désigné par R. Les flèches indiquent le sens du courant continu de retour. En fait, une fraction du courant alternatif traverse la oonnexion induotive. D'au- tre part, l'isolement des filas de rails entre elles n'est pas parfait. La tension et le courant disponible à l'extrémité du tronçon coté relais sont donc très faibles. C'est notam- ment pour obtenir, malgré ces conditions défavorables, un contrôle sur, qu'on a créé les relais électrodynamiques sen- sibles à deux alimentations dont on a parlé plus haut.
On sait également que, à courants constants dans les enroulements, l'intensité du couple du relais est ma- ximum lorsque le déphasage entre les courants est de 90 .
Ce couple moteur appliqué au disque doit, pour obtenir un fonctionnement correct du relais, être au moins égal à une valeur minimum. La tension de la source locale étant constante, ce couple minimum sera obtenu pour la tension minimum de la source "voie" du relais, si, entre cette source et l'enroulement correspondant du relais, on place un système rendant d'une part minimum l'impédance du circuit branché sur cette source "voie" - de manière que le courant "voie" traversant l'enroulement "voie" du relais, soit rendu maximum par le phénomène de la résonance - et d'autre part, amenant l'angle de phase entre ce courant "voie" et le courant passant dans l'enroulement local à la valeur optimum dé 90 .
L'exemple du relais -de circuit de voie n'est donné qu'à titre indicatif,,l'application du système objet de la
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présente invention attendant à-tous les appareils à courant alternatif ayant plusieurs alimentations synchrones.
Dans cet exemple, le réseau alternatif à 110 volts; 50 périodes, alimente directement l'énroulement du relais R dit "local". L'autre enroulement est raccordé au même réseau par l'intermédiaire de la voie dont le transfor- mateur élévateur de sortie T R V peut être considéré comme source "voie" du relais.
La tension entre rails doit être rendue minimum de manière que les courants de fuite, passant d'un rail à l'autre, et la puissance prise au réseau pour alimenter le circuit de voie; soient minima.
A cet effet, il faut assurer le fonctionnement du relais pour la tension minimum de la source provenant de la voie: On a vu plus haut que ce fonctionnement optimum du relais sera obtenu en provoquant en même temps le phénomène de la résonance du côté "voie" et le décalage de 90 entre le courant local-'et le courant voie, Les caractéristiques du relais et du circuit de voie considéré sont telles que, pour remplir ces conditions, les impédances du circuit dtalimen tation ont dû être réglées à une valeur capacitive et,ainsi qu'il est montré fig. 10', 1c' impélance C2 montée en dériva- tion sur l'alimentation a dû être mise en aval de l'impédance @ montée en série C1; elle est donc placée directement aux bornes de l'enroulement "voie" du relais R.
Les avantages obtenus en utilisant le schéma de la fig. 10 au lieu de celui de la fig. 9 sont les suivants :
Possibilité de réaliser des circuits de voie plus longs sans augmenter la consommation.
A longueur égale du circuit de voie, on peut réduire la consommation de plus de la moitié, tout en obtenant un fonctionnement plus sûr du relais.
On peut expliquer d'une manière plus précise le mode de fonctionnement du système par la théorie vectorielle des grandeurs électriques.
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La fig. il représente la partie modifiée du schéma du circuit de voie, o'est-à-dire le transformateur T R V d'alimentation de l'enroulement "voie" du relais, les deux capacités Cs et 0 P et l'enroulement "voie" du relais soient V la tension aux bornes secondaires du transformateur,
V' la tension aux bornes de l'enroulement "voie" du relais,
V" la tension aux bornes'de la capacité série Cs; on suppose la tension V constante, le circuit de voie étant libre.
Ce schéma peut se ramener au schéma simplifié de la fig. 12.
On peut expliquer comme suit l'influence de la capa- cité série Cs : l'impédance équivalant'.. à 1 t ensemble formé par la capacité parallèle Cp et la bobine de self de l'enrou- lement "voie", est encore selfique. Au point de vue de la répartition des tensions, le circuit est donc équivalent à la capacité Cs en série avec une impédance équivalentsà celle de l'enroulement"voie" shuntée par la capacité parallèle Cp.
Le diagramme des tensions d'un tel circuit conforme à la fig. 13, est simple et montré fig. 14 : Re et Le désignent respective- ment la résistance et la self de l'impédance équivalente susdi- te, W Le 1 désigne la composante de tension due à la self Le, et Re I désigne la chute de tension dans la résistance , enfin est la composante de tension due à la capacité Cs.
W Cs $ la résonance
W LeI - I/W Cs et'si la tension Vreste constante, le courant I prend une valeur maximum qui n'est plus limitée que par la valeur de la résis- tance ohmique du circuit équivalente fig. 15.
A la résonance on voit, d'après la fig. 16, que la tension V' aux bornes de l'enroulement "voie" est la somme vectorielle des tensions.
V - Re 1 et W 1,6 1
Or, cette tension V' est appliqués aux bornes de la capacité parallèle Cp et y fait passer un courant Icp représen- té par un vecteur déphasé de 90 en avant sur V'.
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La tension V' estaussi'appliquée aux bornes de l'enroulement "voie" du relais et y fait circuler un courant Ir tel que la chute ohmique qu'il crée dans la résistance de l'enroulement "voie", majorée de la chute 'Inductive due à la self de cet enroulement parcouru par ce courant, donne la tension V'. La.. somme des courants Icp dans la capacité parallèle et Ir dans le relais estégale au courant I total traversant la capacité sérieCe.
Les déphasages' des courants "voie" et "local" par ,rapport respectivement aux tensions "voie" V' et "local" sont des constantes pour un relais donné: Or, V est déphasé d'un angle constant par rapport à la tension locale
On ne pourra'donc modifier le déphasage entre ces courants qu'en modifiant le déphasage entre les tensions V et V'.
Ceci s'obtient en modifiant la valeur de W LeI, c'est-à-dire de la self équivalente Le; c'est-à-dire finale- ment en modifiant la valeur de la capacité parallèle Cp.
Pour conserver la résonance, il faut réadapter la valeur de la capacité série Cs. Le diagramme montre l'augmen- tation considérable du courant dans l'enroulement "voie" que permet de réaliser ce montage. Par résonance, le courant I passant dans l'impédance équivalente atteint sa valeur maxi- mum pour une tension V aux bornes du transformateur et pour une résistance d'enroulement "voie" du relais données, Ce cou- rant I est décomposé veotoriellement en deux autres courants d'intensité plus grande; le plus grand de ces deux courants est le courant passant dans l'enroulement "voie" du relais. Le diagramme de la fig. 16 n'est donné que pour expliquer l'allu; re des phénomènes, il n'est pas à l'éohelle.
Dans le cas particulier du relais de circuit de voie,comme dans tout appareil à courant alternatif à deux alimentations synchrones, on peut créer le phénomène de la ré- sonance dans une des deux alimentations seulement et déphaser le courant de l'autre alimentation par rapport à celui du cir- cuit résonnant:
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Cette manière de procéder présente l'inconvénient, outre celui dene s'appliquer qu'au cas d'appareil à deux ali- mentations, ae nécessiter le réglage des appareils dans les circuits de deux sources différentes ; le même résultat pouvant s'obtenir en réglant des appareils dans une des deux souroes seulement par le système revendiqué. On choisit alors autant que possible la source à basse tension et courant faible.