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EMI1.1
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Appareil de commande de courant alternatif.
On sait que l'on peut employer, pour l'interruption de courants alternatifs, ce qu'on appelle des interrupteurs synchrones. Dans ces appareils la séparation des contacts est provoquée à un moment précédent suffisamment le passage du courant par zéro pour que la distance entre les contacts soit assez grande, au moment où le courant passe par zéro, pour empêcher un nouvel allumage de l'arc. On a déjà proposé aussi des appareils de commande pour de tels interrupteurs synchrones, mais la construction actuelle de ces appareils est telle que ceux-ci ne répondent qu'imparfaitement aux conditions que l'on en exige.
L'inconvénient le plus essentiel est que ces appareils donnent bien un commandement, pour les petites intensités, dans le voisinage du passage du courant par zéro, mais que ce comman- dement peut être donné, non seulement avant le passage du courant par zéro, comme cela est désirable, mais aussi après le passage
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du courant par zéro. Dans ce cas il en résulte des fausses manoeu- vres très graves, car l'arc brûle non pas seulement un court instant avant le passage du courant par zéro, mais pratiquement pendant toute une alternance.
Or la présente invention concerne un appareil de com- mande de courant alternatif) en particulier pour des interrup- teurs synchrones, appareil qui permet d'éviter l'inconvénient ci-dessus, du fait qu'il possède des moyens par lesquels l'émis- sion de son commandement est bloquée dans chaque cas pendant un laps de temps déterminé, compté à partir du moment où le courant passe par zéro.
On expliquera ci-dessous le principe de l'invention en se référant à la fige 1 des dessins ci-joints. Dans cette figure, i désigne un courant alternatif quelconque, ! et @' désignent le laps de temps qui sépare deux passages successifs du courant par zéro,ce laps de temps pouvant avoir une grandeur quelconque et cette grandeur pouvant être différente d'un passage du courant par zéro à un autre passage du courant par zéro; # t est le laps de temps qui sépare l'émission désirée du commandement de l'appareil de commande, du passage subséquent du courant par zéro; ut est la durée d'entrée en action de l'appareil de commande.
Le laps de temps # t est choisi de manière que l'inter- rupteur correspondant puisse parcourir, pendant ce laps de temps, un trajet de coupure suffisamment grand. T et T' désignent le laps de temps pendant lequel l'émission du commandement est bloquée, ces laps de temps étant comptés,dans chaque casà partir du moment du passage du courant par zéro; I a est la valeur d'entrée en action, valeur qui est telle que l'appareil de commande soit branché lorsqu'elle est dépassée.
On voit donc que le courant exagéré 1 commence au mo- ment to. La première amplitude entre t o et t1 est plus petite que le courant d'entrée en action I a, de sorte qu'un déclenchement n'est pas possible un peu avant le passage par zéro au moment tl. Par contre, avec les systèmes employés jusqu'ici, un déclen-@ @
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chement pourrait avoir lieu peu de temps après le passage du courant par zéro au moment t1. Ceci aurait toutefois pour consé- quence que l'arc brûlerait à partir de ce moment jusqu'au moment ; t2, ce qui entraînerait généralement la destruction de l'inter- rupteur correspondant.
Suivant l'invention, ceci est empêché parce que l'émis- sion du commandement est bloquée après le passage du courant par zéro. L'appareil de commande ne peut entrer en action de nouveau qu'un peu avant le passage du courant par zéro au moment t2, à peu près au moment correspondant à la distancent) l'arc s'étei- Énant au passage du courant par zéro au moment t2. La durée de l'arc correspond alors au petit laps de temps # t et le courant de l'arc est également petit. On obtient les mêmes conditions lorsque le déclenchement doit avoir- lieu peu- de temps avant le moment t3. Dans ce cas, l'émission du commandement est également bloquée, suivant l'invention, immédiatement après le passage du courant par zéro au point t2.
Il peut être utilé de faire en sorte que la durée du blocage du commandement soit égale à @ - #t. Ceci a l'avantage que le déclenchement lui-même peut être provoqué par exemple par un simple aimant alimenté par le courant.
Si l'on emploie, par contre, des systèmes de déclen- chement connus, qui n'entrent en action que peu de temps avant ou après le passage du courant par zéro et restent dans leur position de repos pendant le reste du temps, il suffit par exemple aussi de faire la durée de blocage aussi grande que le laps de temps qui s'écoule entre le passage du courant par zéro et le maximum de courant subséquent.
Il peut parfois être utile, lorsqu'on emploie de tels systèmes de déclenchement, de ne faire la durée de blocage qu'un peu plus grande que le laps de temps #t entre le moment désiré pour l'émission du commandement et le passage subséquent du courant par zéro: Dans ce cas également on évite sûrement qu'un déclenchement @ de l'interrupteur correspondant se produise peu de temps
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après un passage du courant par zéro.
Dans bien des cas il convient que l'appareil de comman- de soit muni de deux systèmes dont l'un sert de système de blocage pour l'autre système, qui provoque l'émission du commandement. La disposition peut alors être telle que le système de blocage supprima le blocage au plus tôt après le temps #t, compté à partir du passage du courant par zéro, et que le système qui provoque l'émission du commandement entre en action au plus tard au moment # t avant le passage suivant du courant par zéro.
On décrira plus loin, en se référait à la figure 2, .un' exemple de réalisation de ce dispo- sitif. Il convient d'établir le système de blocage et parfois aussi le système qui provoque l'émission du commandement) de façon qu'ils entrent en action au moment où le quotient i atteint sa valeur absolue,, le premier système provoquant di/dt le blocage jusqu'au moment où cette valeur est dépassée, tandis que le deuxième système entre en action et provoque le commandement au moment où cette valeur n'est plus atteinte.
Si l'on veut prolonger la durée de blocage par exemple jusqu'au moment où le courant atteint au maximum on peut obtenir ce résultat en établissant le système de blocage de façon qu'il entre en action lorsque di/dt atteint sa valeur minima. A cet effet on peut par exemple monter un aimant en parallèle avec une bobine de réaction traversée par le courant i, aimant dont l'armature est écartée par un ressort lorsque la valeur di/dt se rapproche de zéro, c'est-à-dire lorsque le courant i atteint sa valeur maxima.
Une possibilité de prolonger le blocage directement jusqu'au moment de l'émission de commandement existe alors lorsque le système de blocage entre en action par l'effet d'une pointe de tension produite-par une bobine de réaction à noyau de fer préalablement aimantée, traversée par le courant alternatif et saturée, l'aimantation préalable de cette bobine de réaction étant choisie de façon que le laps de temps
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qui s'écoule entre la pointe de tension et le passage subsé- quent du courant par zéro soit un peu plus grand que # t.
Pour que cet effet se produise dans tous les cas, .il est généralement nécessaire de régler la grandeur de l'aimantation préalable sur le courant i:
La disposition est simplifiée par suite de cette dé- couverte qu'avant chaque passage du courant par zéro les gran- deurs i et di/dt sont de signes contraires, tandis qu'elles sont de même signe après le passage du courant par zéro: On peut donc établir le système de blocage de façon qu'il supprime le blo- cage lorsque le produit i.di/dt devient négatif: Un tel sys- tème de blocage peut être établi par exemple dans le genre des systèmes de mesure dynamométriques.
Or il est toutefois possible aussi de réunir en un système unique les fonctions de blocage et d'émission du com- mandement un peu avant le passage du courant par zéro, en faisant en sorte qu'un déblocage ait lieu lorsque le rapport i devient négatif et que l'émission du commandement ait di/dt lieu lorsque le rapport i passe par une valeur déterminée di/dt par exemple la valeur # t. Toutefois les seuls systèmes qui conviennent bien pour cela sont ceux qui mesurent la valeur algébrique de ce quotient. On peut employer par exemple des systèmes constitués par des systèmes à bobines croisées simples ou à bobines croisées à noyau de fer.
Théoriquement chaque système qui mesure le quotient i en valeur absolue ou algébriquement devrait toujours don- di/dt ner son commandement au moment désiré t avant le passage du courant par zéro. Ceci n'est toutefois le cas que théoriquement, car tout système, quelle que soit la légèreté de sa construc- tion, a une masse déterminée qu'il faut accélérer. D'autre part, il faut qu'un trajet de couplage, quelque petit soit-il, soit parcouru jusqu'au moment de l'émission de commandement.
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On reconnaît facilement que les efforts dont on dispose pour l'accélération sont plus grands pour les grands courants que pour les petits. Ceci a pour conséquence que, pour les grande courants, l'on peut donner une valeur infiniment petite à la durée # t d'entrée en action de l'appareil de commande, mais que cette valeur est sensiblement plus grande pour les petites surcharges et par conséquent pour les petits courants.
Pour éviter cet inconvénient) il convient de faire en sorte que le temps t dépende de la grandeur maximum de courant immédiatement précédent, de telle façon que le temps t augmente, lorsque le maximum de courant précédent diminue,. de manière que l'émission du commandement ait toujours lieu, dans toutes les conditions de charge, à peu près au moment # t avant le passage du courant par zéro. Dans le cas d'un grand courant de court-circuit], la valeur d'entrée en action de l'appareil de commande est atteinte un peu avant le moment # t, tandis que les petites surcharges ou en cas de coupure au-dessous du courant nominal cette valeur est atteinte un peu plus tôt.
Pour les petits courants il n'y a d'ailleurs aucun inconvénient à ce que le commandement soit donné un peu plus tôt, c'est-à-dire à des moments où la valeur ± t est un peu plus grande.
Pour les petites valeurs de 3 t, d'un ordre de gran- deur de 10-4 s et au-dessous,il importe parfois que la bobine d'intensité des appareils de commande de ce genre ne soit pas branchée par l'intermédiaire de transformateurs de courants ou de shunts car il pourrait en résulter des erreurs d'angles entre le courant primaire et le courant secondaire. Il convient plutôt de faire en sorte que la bobine de courant soit traversée directement par le courant qu'il s'agit de couper. La grandeur di/dt ne varie que peu au voisinage du passage du courant par zéro; elle peut donc être prise, de façon simple, sous la forme d'une tension qui lui est proportionnelle sur une
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bobine de réaction traversée par le courant alternatif i.
Si l'on veut toutefois que l'appareil de commande entre en action plus tôt en cas de petites surcharges) il convient de prendre cette tension par exemple sur le montage en série d'une bobine de réaction garnie de fer et d'une bobine à air, la bobine garnie de fer ayant utilement en entrefer. Dans ce cas l'effet désiré est automatique. En effet, la bobine garnie de fer fait que l'induction est plus grande pour les petits courants, par suite de la plus grande perméabilité. Ceci fait croire à une valeur plus grande de di/dt, ce qui a pour conséquence que la condition d'équilibre du système à quotient est atteinte pour les valeurs plus grandes du courant. Ceci équivaut toutefois à ce que la valeur d'entrée en action est atteinte à un moment précédent de plus de # t le passage du courant par zéro.
L'emploi simultané d'une bobine de réaction à air sert uniquement à faire en sorte que le rapport de dépendance désiré soit atteint pour toutes les valeurs de l'intensité du courant, à partir de fractions du courant nominal jusqu'au courant de court-circuit'. Ce montage peut être employé pour la production d'une tension proportionnelle à di/dt aussi bien pour des systèmes mesurant la valeur absolue du rapport i que pour ceux qui entrent en action di/dt à un moment correspondant à la valeur algébrique de ce quotient'.
Il résulte des explications qui précèdent qu'en soi l'appareil de commande peut donner un commandement avant chaque passage du courant par zéro, à condition que la valeur de la pointe d'intensité précédente soit plus grande que celle du courant.d'entrée en action: Pour qu'un pareil appa- reil de commande puisse être employé d'une façon générale, il faut encore employer un dispositif supplémentaire tel que l'appareil de commande ne soit mis en circuit que lorsqu'il se produit un certain courant exagéré. Pour les coupures courantes du service, il faut toutefois très souvent couper des courants qui sont parfois sensiblement plus petits que le
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courant nominal. Dans ce cas également il faut que le commande- ment soit donné un peu avant le passage du courant par zéro.
On emploiera donc un dispositif permettant de mettre l'appa- reil de commande en circuit à volonté.
Pour qu'un pareil appareil de commande puisse remplir ses fonctions dans toute leur étendue, il faut généralement chercher à ce que son propre temps d'entrée en action 1 t soit plus petit que le temps # t dont l'interrupteur synchrone correspondant a besoin. On s'efforcera notamment de faire en sorte, surtout pour les grands courants de court-circuit, que le temps d'entrée en action 1 t soit plus petit que 10-4 s environ et avantageusement plus petit que 3. 10-5 s. Les figu- res 2 à 4 représentent encore schématiquement quelques exemples de réalisation d'appareils de commande conformes à l'invention.
La figure 2 est une vue d'un dispositif à deux systè- mes 2,2' et 3,3' établis sous la forme d'appareils mesurant le quotient et entrant en action chacun lorsque le rapport I atteint sa valeur absolue. Chaque appareil de mesure du di/dt quotient comprend deux petites armatures tournantes dont l'une se meut avec une force proportionnelle à i2, tandis que l'autre se meut avec une force proportionnelle à(di/dt)2. Les deux (dt) armatures sont accouplées rigidement entre elles et les couples sont opposés. La commutation commence au moment où le couple de l'une devient égal au couple de l'autre, c'est-à-dire lorsque le rapport i passe par la valeur d'entrée en di/dt action, valeur qui est déterminée par le temps à t + St.
Comme la signification des autres parties du schéma de connexions se comprend directement d'elle-même, on décrira immédiatement le fonctionnement. Tant que le courant i est plus petit que le courant d'entrée en action de l'interrupteur 1, tout le dispositif reste dans sa position de repos. Si le se courant devient exagéré, l'interrupteur 1/ferme et le courant ± commence à passer. Ceci a pour effet d'exciter
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les bobines d'intensité 4 et 5 des relais 2 et 3. D'autre part, la bobine de tension 4' du relais 2' est déjà sous tension tandis que la bobine de tension 5' du relais 3' n'est pas en- core excitée. Le système 2,2' ne peut entrer en action que lorsque le quotient est plus grand que± t. Au moment où le relais 2,2' bascule, la bobine de tension 5' du relais 3' est mise en circuit.
Toutefois, comme ce relais est égale- ment constitué par un appareil de mesure du quotient, il ne peut entrer en action que lorsque le courant qui passe dans l'enroulement 5 est devenu assez petit, de façon que la force 3' dépasse celle de 3. A ce moment, c'est-à-dire par conséquent au moment b t avant le passage du courant par zéro, le contact s'établit en 3', et la bobine de déclenchement 6 de l'interrup- teur synchrone est reliée à la batterie 7. Pour que le comman- dement de déclenchement soit maintenu, le relais 3' est encore muni d'une bobine de maintien 8.
On voit donc que le système 2,2' provoque le blocage pour un laps de temps égal au moins à A t + t, tandis que le système 3,3' donne le commandement de déclenchement au moment # t avant le passage du courant par zéro.
La figure 3 est une vue d'un appareil de commande n'ayant qu'un système en forme de relais à bobines croisées me- surant la valeur algébrique du rapport i et ne donnant un di/dt commandement de déclenchement que lorsque la valeur de ce quotient est négative. 10 est un transformateur de courait, 11 une bobine de réaction à air et 12 une bobine de réaction à noyau de fer, ces deux bobines étant traversées par le cou- rant principal i; 13 et 14 sont des résistances ohmiques; 15 sont les bobines fixes et 16 est la bobine d'intensité mobile; 17 est la bobine de tension. Le circuit de déclenchement lui- même n'est pas représenté. Le fonctionnement du dispositif est le suivant.
Tant que le quotient i est positif;) le di/dt système à bobines croisées reste dans sa position de repos:
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Ceci est encore le cas lorsque le quotient est négatif, mais seulement tant que la force proportionnelle au courant i est plus grande que la force qui dépend de di/dt. Au moment où les deux forces deviennent égales, le système se met en mou- vement, l'émission du commandement ayant lieu après le temps # t.
Après le passage du courant par zéro le quotient redevient positif et le système bloque de nouveau. On voit que la carac- téristique de l'invention est réalisée par un seul système.
Ainsi qu'on l'a déjà dit,le montage en série de la bobine de réaction à air 11 et de la bobine à noyau de fer 12 a pour but de faire en sorte que l'appareil de commande entre en action, pour les petits courants de dépassement, plus tôt que pour des courants plus grands.
La figure 4 est une vue d'un autre mode de réalisation pratique d'un système de commandement pour un appareil de commande conforme à l'invention. 20 et 20' sont les deux systèmes magnétiques d'un appareil mesureur de quotient, le système 20 étant alimenté directement par le courant princi- pal i, tandis que l'enroulement du système 20' est relié au montage en série d'une bobine de réaction à air 21 et d'une bobine de réaction à noyau de fer 22 ayant un entrefer; 23 est une résistance permettant de régler le temps t. Il est essentiel pour ce dispositif que le système à intensité 20 aussi bien que la bobine à réaction à noyau de fer 22 soient établis dans le genre d'un transformateur à un conducteur) ce qui permet d'obtenir le maximum de résistance aux court- circuits.
La bobine de réaction à air 20 n'est également constituée que par trois spires par exemple. Toutes les pièces peuvent être branchées directement sur la haute tension. La mise en action du circuit de déclenchement peut avoir lieu directement et mécaniquement, par exemple par le dégagement d'un cliquet,ou encore par l'intermédiaire d'un léger axe isolant par lequel le contact de déclenchement est fermé.
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Des appareils de commande suivant l'invention peuvent être employés non seulement dans le cas particulier mentionne d'interrupteurs synchrones à haute et à basse tension, mais aussi toutes les fois que l'émission d'un commandement est indispensable à un moment déterminé d'une onde d'intensité ou de tension. Les appareils dits contacteurs de cadence pour la soudure, rupteurs, redresseurs constituent par exemple un important domaine d'applications.