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Réf: Fall 764 MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
EMI1.1
11 R E Y'E T'D' l N YEN T'I Ó N
Société dite: LANDIS & GYR, S.A. pour: Circuit de blocage dans les installations de commande à distance à fréquence sonore.
Priorité d'une demande de brevet déposée en Suisse lé 6 juillet'1945, n 5374.
L'invention concerne des dispositifs de couplage des installations de commande à distanoe à fréquence sonore ne comportant qu'une seule fréquence de commande et ayant pour but'de réaliser une stabilité de la tension de commande à fréquence sonore suffisante pour le fonctionnement des relais du récepteur.
Il est néoessaire, dans les installations de commande à distance avec fréquence sonore superposée dans le réseau, dans lesquelles la transmission des signaux de commande ne s'effectue qu'à une seule fréquence, de maintenir dans la totalité du réseau à commander une stabilité aussi uniforme que possible de la tension à fréquence sonore superpôsée, Cette condition est particulièrement importante au point de vue du bon fonctionnement des récepteurs qui, pour fonctionner, ont besoin d'une tension minimum déterminée. Par suite, les fortes chutes de la tension de commande à fréquence sonore doivent être évitées.'Les augmentations de tension sont également nuisibles, et provoquent très rapidement une augmentation de la puissance d'émission dans les diverses portions du réseau.
Mais cette augmentation donne lieu normalement, dans les portions voisines du réseau, à des chutes de tension qui, pour , les raisons indiquées ci-dessus, sont nuisibles. Les tensions de la fréquence de commande qui dépassent environ 12 % de la fréquence du réseau, provoquent des variations de la lumière qui sont particulièrement fâcheuses lorsque la transmission des signaux de commande s'effectue par manipulations d'impulsions. Il en résulte que l'idéal consiste dans une tension de commande aussi constante que possible,'pouvant être réglée fois pour toutes et uniformément répartie dans la totalité du réseau.
Les éléments de couplage susceptibles de provoquer des augmentations de la tension à fréquence sonore dans les réseaux à courants intenses sont principalement des condensateurs à courants intenses qui servent à diminuer le décalage de phase. 'Ces condensateurs sont tantôt rassemblés et connectés directement aux bornes des transformateurs locaux, tantôt et très souvent décentralisés sous forme d'un grand nombre d'éléments connectés aux appareils d'utilisation inductifs tels que les moteurs, etc.. et répartis sur une assez grande longueur du réseau. Ces éléments en combinaison avec les réactances en série inévitables et existant toujours dans le réseau, font naître . les augmentations de tension précitées, qui sont particulièrement fortes lorsque la charge du réseau en question est faible.
Les
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réactance en série en question accouplées avec.les condensateurs, sont les transformateurs et les lignes aériennes de grande longueur..
Suivant l'invention, on rend les portions du réseau qui comportent des augmentations de tension susceptibles de faire fonctionner les récepteurs du type précité, en montant, par l'intermédiaire d'un transformateur aussi exempt que possible de pertes et dont la(réactance d'excitation forme l'inductance d'un circuit de résonance en.parallèle, un condensateur en parallèle, de façon que la résistance de résonance du dispositif monté en série avec le réseau à protéger réalise une stabilité de la tension de résonance à fréquence sonore suffisante pour faire fonctionner les relais des récepteurs. Ce dispositif permet d'obtenir par accord sur la fréquence de résonance de ce dispositif une fréquence de résonance pouvant être choisie à volonté.
Dans le cas où la portion du réseau qui provoque l'augmentation de sa tension peut être complètement bloquée, on règle la résistance' de résonance à une valeur assez élevée pour que la totalité de l'effet de blocage soit obtenue par le, dispositif lui-même. Par contre, si la portion en question du réseau doit être commandée en même temps, on règle la résistance de résonance à une valeur plus faible, de façon à ne réaliser qu'un amortissement.
Les circuits de blocage suivant l'invention sont accordés sur la fréquence de commande et constituent pour le passage de la fréquence sonore une résistance ohmique pure et simple. Il n'en est pas de même pour le passage de l'énergie du réseau à cinquante périodes, fréquence pour laquelle le circuit de blocage doit comporter une résistance inductive aussi faible que possible.
Le dispositif de montage précité est un circuit de résonance en parallèle, c'est-à-dire une inductance avec laquelle un condensateur approprié est monté en parallèle. Au moment de l'accord sur la fréquence de commande, prend naissance une résistance de résonance purement ohmique, plus ou moins grande suivant le choix des éléments de couplage.
Cependant, le circuit ne peut-pas être utilisé à priori sous cette forme simple. Pour que l'adaptation aux condensateurs des dimensions du'commerce soit possible, il faut que l'inductance soit accouplée par l'intermédiaire d'un transformateur. On arrive ainsi à une solution suivant laquelle le transformateur (c'est-à-dire sa réactance d'excitation) forme en même temps l'inductance du circuit en parallèle. En choisissant d'une manière appropriée le rapport de transformation, la valeur de la capacité et le nombre de spires du transformateur, on a la possibilité de faire varier la résistance de résonance entre des limites étendues. Il est possible, dans ces conditions, d'adapter le circuit de blocage à n'importe quelle application.
Le transformateur en question doit comporter un noyau de fer spécial et des enroulements primaire et secondaire déterminés; en particulier, les pertes de fréquence sonore doivent être extrêmement faibles, les réactances de commande inévitables aussi faibles que possible et en outre la courbe d'alimentation doit être linéaire. Pour laisser passer le courant du réseau à cinquante périodes, il est avantageux que l'inductance soit aussi faible que possible. La chute de tension inductive ne doit pas dépasser 2 % au plus de la tension du réseau. Ce résultat est obtenu en diminuant les pertes inductives. En outre, la chute de tension inductive à la fréquence de cinquante périodes bloquée par le condensateur, provoque une augmentation de la tension.
Etant donné que les condensateurs sont extrêmement sensibles aux augmentations de tension, cette valeur doit être maintenue aussi faible que possible.
Sur le dessin ci-joint:
La fig. 1 représente un circuit de résonance en parallèle normal ; la fig. 2, un circuit de blocage suivant l'invention; la fig. 3, le schéma de remplacement correspondant ; la fig. 4, un exemple d'application dans une installation; la fig. 5, un exemple d'application à titre de circuit de blocage d'une batterie de condensateurs; et
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la fig. 6, un exemple de réalisation du transformateur du circuit de 'blocage.
La fig.' 1 est un schéma d'un circuit de résonance normal en parallèle, se composant d'une inductance L et d'une capacité C. Ce circuit est accordé sur la fréquence de commande, c'est-à-dire que la résistance de résonance du circuit est donnée par la formule suivante:
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dans laquelle wst = 2fst' fst étant la fréquence de commande. On voit d'après cette formule que le produit L.C restant constant, les valeurs de L etpeuvent être choisies à volonté.
La résistance de résonance se calcule par la formule suivante: rres L c. rdans laquelle rdésigne la résistance de perte du courant alternatif de l'ensemble du circuit. Il en résulte inversement que, pour une résistance dé résonance donnée déterminée, le quotient L est déterminé. Par suite, si on choisit pour le circuit la valeur de fré Cquence de commande et de la résistance de résonance, la valeur du produit L.C est donnée et celle du quotient L. On peut ainsi en déduire les valeurs de L et de c.
C
La fig. 2 représente un circuit de résonance en parallèle suivant l'invention. Il consiste dans un transformateur Tr comportant un enroulement primaire wl et un enroulement secondaire w2 et dans une capacité 0 montée en parallèle avec ce dernier enroulement. Les nombres de spires des enroulements primaire et seoondaire du transformateur Tr sont différents.
Il est possible dans ces conditions de donner au condensateur une capacité relativement faible pour une tension assez élevée, et par suite, d'adapter ce condensateur à des dimensions du commerce. Pour les conditions qui existent dans les réseaux à basse tension, la résistance de résonance à établir est relativement faible.
Sur le schéma de remplacement du circuit en parallèle comportant le transformateur de la fig. 2 et représenté sur la fig. 3, La désigne la réactance d'excitation du transformateur, LSI la réactance de commande primaire, et LS2 la réactance de commande du côté secondaire de l'enroulement w2 réduite au côté primaire, et c2 la capacité du condensateur c réduite au côté primaire, Les facteurs de réduction se calculent d'après les carrés du rapport de transformation. On voit sans difficulté d'après ce schéma que les réactances de commande du transformateur doivent être faibles, sans quoi des résonances en série risquent de se produire en rendant illusoire le fonctionnement du circuit en parallèle.
La fig. 4 représente un exemple d'application du nouveau circuit de blocage à une installation dans laquelle les divers condensateurs sont décentralisés et connectés aux bornes des moteurs M1' M2' M3. Pour supprimer l'augmentation de tension de commande provoquée éventuellement par une résonanoe en série avec la réactance de oommande des transformateurs Tl et T2, on intercale des circuits de blocage du type décrit SK1 SK2 et SK3. dans tous les conducteurs aboutissant au réseau équipé avec des condensateurs, par exemple entre les barres collectrices SI et S2.
Etant donné que le réseau contenant les condensateurs doit être commandé en même temps, les résistances de résonance des circuits de blocage SK doiventêtre relativement faibles; d'autre part, les circuits de blocage doivent être prévus dans les trois phases pour que leur action soit satisfaisante.
La fig. 5 représente une application spéciale comme circuit de blo cage d'une batterie de condensateurs K, qui est accouplée directement au réseau RST par l'intermédiaire d'un interrupteur S. Les circuits de blocage SK4 et SK5, qui comportent une résistance de résonance relativement forte, ne sont accouplés que dans deux phases entre l'interrupteur S et la batterie de condensateurs K, car dans ce cas ce blocage est complètement suffisant. Les amplitudes des courants qui passent encore sont égales en soi, c'est-à-dire que la charge reste symétrique au point de vue de l'amplitude.
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Par contre, les phases des courants qui passent sont dissymétriques par rapport à la tension qui les engendre. Etant donné que dans ce cas l'effet de blocage est suffisant, cette dissymétrie peut être négligée, car les chutes de tension qui en résultent sont extrêmement faibles.
La forme de construction du transformateur doit retenir l'attention d'une manière toute particulière. Il est important que les pertes soient réduites à un extrême minimum. On doit avoir soin par un entrefer suffisant, que les ampère-tours d'excitation du courant à 50 périodes ne provoquent pas une trop forte saturation, sans quoi la fréquence sonore subit des modulations, qui réduisent très notablement l'effet de blooage et donnent lieu d'ailleurs à des phénomènes secondaires fâcheux. Pour . que les pertes restent faibles, l'entrefer total doit être partagé en plusieurs entrefers plus petits. Si les entrefers sont peu nombreux et plus grands, les lignes de force qui sortent latéralement de la tôle donnent lieu à des pertes par les courants de Foucault.
Ces courants peuvent être notablement réduits par le moyen précité qui consiste à partager l'entrefer en un grand nombre de petits entrefers. De même, la forme de construction de la culasse doit retenir particulièrement l'attention.
En principe, elle doit être choisie de façon à repartir l'induction dans la section de la culasse d'une manière aussi uniforme que dans le noyau.
A cet effet la, section de la culasse doit correspondre à celle du noyau.
Ainsi qu'il a été dit, la dispersion joue aussi un rôle prépondérant. Ùn accouplement extrêmement serré des enroulements primaire et secondaire permet d'obtenir une dispersion suffisamment fa.ible. De plus, pour réduire les pertes supplémentaires par les courants de Foucault, les boulons de fixation et les autres éléments de construction subissant l'action du champ à fréquence sonore doivent être en une matière non ferro magnétique.
La fig. 6 représente un exemple de réalisation d'un transformateur pour circuit de blocage. 1 désigne un élément du noyau droit à divisions multiples, 2 un entrefer partiel. La forme spéciale de la section des deux culasses 3 est facile à voir sur la figure. Les plaques de serrage 4/5 et les boulons de serrage 6 sont en matière non ferro magnétique, ainsi qu'il a déjà été dit. 7 désigne un cylindre isolant qui isole les enroulements par rapport à la masse, 8 désigne l'enroulement primaire et 10 l'enroulement secondaire. Les deux enroulements sont isolés l'un par rapport à l'autre, par un cylindre isolant 9 relativement très mince.
Le circuit décrit ci-dessus permet d'amortir ou de bloquer les éléments de l'installation qui troublent la stabilité de la tension.
On obtient ainsi une tension de commande constante dans l'ensemble du réseau. Il en résulte une économie très notable de l'énergie d'émission et, malgré cela, les relais des récepteurs fonctionnent d'une manière satisfaisante. De même on évite facilement les variations. Un autre avantage indirect consiste dans la suppression des harmoniques supérieurs perturbateurs, voisins de la fréquence de commande. Le noyau de fer permet de donner une forme très ramassée à l'ensemble du dispositif, qui par suite peut/être facilement monté dans les conducteurs des installations existantes.
Etant donné qu'il est possible d'adapter le dispositif à,toutes les conditions qui se présentent dans les réseaux en choisissant d'une manière appropriée les enroulements et le condensateur, la construction du dispositif est peu coûteuse, condition importante au point de vue de l'application générale aux installations de commande à fréquence sonore.