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Dispositif de couplage électrique.
On connait une série de propositions visant la fermeture et la coupure de circuits électriques sous un courant variable pendant un laps de temps dans lequel le mouvement de l'énergie dans l'appareil correspondant (interrupteur ou commutateur, redresseur, etc..) est aussi petit que possible. Toutefois les solutions proposées jusqu'ici ne répondent à cette exigence que d'une façon très imparfaite ou bien elles exigent des dispositifs de commande tellement compliqués et tellement délicats que cela nuit à la sûpeté du fonctionnement.
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L'invention a pour objet un dispositif de couplage élec- trique pour des temps de couplage de moins d'une milli-seconde, qui permet de résoudre le problème en question d'une façon sim- ple, en particulier sans appareils supplémentaires tels que des relais, dispositifs de commande,etc. La construction de ce dispositif est telle que l'élément de couplage est soumis, au moins pendant son mouvement, à l'action d'une Force principa- le dépendant du courant de couplage et d'une force auxiliaire variant avec le temps.
Les dispositifs de ce genre peuvent être employés no- tamment sous la forme d'appareils actionnés synchroniquement dans le cas de courant alternatif, c'est-à-dire sous la forme de commutateurs synchrones, redresseurs,etc... Ils sont égale- ment importants dans les installations à courant continu lor- sque le courant continu varie par suite d'opérations de coupla- ge de nature quelconque, par exemple lorsque un courant d'al- ler se transforme en un courant de retour. On donnera en géné- ral au dispositif une forme telle que l'opération de couplage elle-même ait lieu dans le voisinage de valeurs de courant aus- si petites que possible, notamment dans le voisinage des pas- sages du courant par zéro.
Quant à l'élément de couplage employ- é, on lui donnera avantageusement une forme telle qu'il par- coure son trajet de couplage, même lorsque le courant de cou- plage vatie suivant la courbe la plus rapide, dans un laps de temps pendant lequel le courant ne varie qu'insensiblement.
La force principale peut dépendre directement ou indi- rectement du courant de couplage. Dans un système dynamométri- que traversé par le courant principal la force principale dé- pend directement du carré du courant de couplage. Il est évi- demment possible d'envoyer des courants partiels dans le sys- tème, par exemple à l'aide d'un shunt ou encore sous la forme de courants secondaires d'un transformateur.
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Pour certaines applications la force principale peut aussi être produite par un courant traversant d'abord une val- ve de commande. Lorsqu'on emploie un dispositif correspondant à un système à équipage mobile, c'est-à-dire dans lequel un conducteur traversé par le courant se trouve dans un champ ma- gnétique qui n'est pas produit par ce courant,la force princi- pale est proportionnelle au courant et elle varie avec le sens de celui-ci. Dans les systèmes magnétiques la force ne dépend qu'indirectement du courant en ce sens qu'elle est donnée par l'induction magnétique, qui peut toutefois différer du courant en grandeur et aussi en phase.
Dans bien des cas il peut aussi être utile de faire en sorte que la force principale soit dé- rivée de la pointe de tension que le courant de couplage pro- duit, par suite de la variation rapide du flux, dans l'enrou- lement d'un noyau de fer saturé.
La force auxiliaire variant avec le temps peut être pro- duite de bien des façons. Dans bien des cas on utilisera un res- sort tendu ou détendu à la main. On peut toutefois aussi uti- liser à cet effet des dispositifs de commande connus d'une faç- on générale, en forme de dispositifs de commande magnétique ou à air comprimé.
Dans bien des cas la force auxiliaire prendra, avant et après l'opération de couplage, des valeurs déterminées constan- tes qui seront appelées plus loin la valeur initiale et la va- leur finale. Même lorsque la force auxiliaire est variable pé- riodiquement, la durée de la période pmuvant être égale à cel- le du courant de couplage ou différente de cette dernière, on pourra parler d'une valeur initiale et d'une valeur finale de la force auxiliaire, rapportée à l'opération de couplage à effectuer.
Dans bien des cas d'application il est utile que la for- ce auxiliaire varie d'une fagon uniforme entre la valeur ini- tiale et la valeur finale. Par variation uniforme dans le sens
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de l'expression mathématique, il faut entendre une variation telle que la force auxiliaire augmente ou diminue continuelle- ment entre la valeur initiale et la valeur finale, mais il n'est pas nécessaire que cette variation soit constant. On sa.it par exemple que les combinaisons de ressorts ont des caracté- ristiques intermittentes, c'est-à-dire qui ne sont pas conti- nues, bien que la force du ressort augmente sans interruption.
On peut tolérer aussi des bonds. La valeur initiale ou la valeur finale de la foree auxiliaire peut être nulle. Un cas qui a toutefois une importa.nce pratique particulière est celui dans lequel le sens da la valeur initiale de la force auxiliaire est opposé à celui de la, valeur finale, la variation étant en- core uniforme. Ceci a pour conséquence que la force auxiliaire passe par la valeur zéro entre sa valeur initiale et sa valeur finale. Un exemple pratique est donné par le. cas dans lequel un ressort presse d'abord sur l'élément de couplage dans la position de fermeture, puis passe par zéro et agit ensuite sur l'élément de couplage pour l'écarter des contre-contacts.
Il importe, notamment, pour le couplage/Le courant alter- natif, que le laps de temps dont la. force auxiliaire a besoin pour passer de la valeur zéro 8 sa valeur finale soit plus grand que la. durée d'une demi-onde du courant alternatif à cou- pler. Ceci permet en effet d'obtenir une interruption dans le voisinage immédiat du passage du courant par zéro sur une gamme très grande de valeurs du courant. C'est ce qu'on expliquera brièvement en se référant à la fige 1. K1 est la force provo- quée par le plus petit courant alternatif (il) et K2 la. force produite par le plus grand courant alternatif (i2) à coupler.
Au point 0 la force auxiliaire P qui, pour plus de simplicité est également représentée dans le dessin comme étant positive, atteint sa valeur zéro et elle augmente partir de ce moment jusqu'au point Q avec le temps t, par exemple d'une façon
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linéaire. Les échelles doivent être choisies de façon que K et
P étant égaux, la force résultante soit nulle. On voit alors que ceci est déjà le cas pour le courant il correspondant à la force K1 vers la fin de la première demi-onde, à un moment t1 avant le passage du courant par zéro.
Ceci est également vrai en principe, pour l'évolution représentée en pointillés pour la force K2 correspondant au courant maximum i2, mais a- lors le laps de temps restant # t'2 est tellement petit que l'élément de coulage n'est pas capable de provoquer l'ouver- ture. Ce n'est que lorsque la force auxiliaire P est devenue assez grande, ce qui doit être la cas au point Q, que l'on ob- tient un laps de temps # t@ qui est suffisant pour provoquer l'opération de coupure. Toutefois, si la force auxiliaire P é- tait rendue constante, par exemple égale à. P2, on voit alors que les courants dont l'action de force est plus petite que P2, ne pourraient plus être couplés synchroniquement.
Il peut être parfois avantageux de faire en sorte que la force P augmente avec le temps, non pas d'une façon linéaire, mais par exemple suivant le carré. Pour certains cas d'applica- tion, notamment pour les redresseurs, il peut être utile de fai- re en sorte que la force auxiliaire passe par une valeur ex- tréme entre sa valeur extrême et sa valeur finale. Il peut en outre être avantageux de faire en sorte que la force auxiliaire seconde la force principale au moins momentanément, notamment pendant la mise en circuit et lorsque l'élément de couplage est en circuit.
Pour réduire les dimensions du dispositif et notamment aussi l'échauffement de l'ensemble de l'appareil, il peut être utile d'affaiblir la force principale, et en particulier de lui donner une valeur nulle, au plus tard au moment où la force auxiliaire atteint sa valeur finale. On peut obtenir ce résul- tat par exemple en faisant en sorte que l'enroulement traversé
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par le courant soit court-circuité ou interrompu. Il peut en outre être avantageux de faire en sorte que la force auxiliaire dépende d'une grandeur électrique. On obtient un exemple prati- que lorsque la force auxiliaire est produite par un courant auxiliaire établi par exemple par un relais.
Certains cas ont une importance pratique particulière; ce sont ceux dans les- quels la force auxiliaire dépend d'une grandeur électrique du circuit de couplage. C'est ainsi par exemple que la force auxi- liaire peut être produite par le courant lui-même, notamment lorsqu'il se produit un excès de courant, mais il faut alors, suivant l'invention, que la. force auxiliairevarie avec le temps Pour le fonctionnement de redresseurs, de transformateurs de continu en alternatif, etc...,il se peut notamment qu'il in- porte, pour la mise en circuit, de faire varier la force auxi- liaire en fonction de la tension du circuit de couplage.
Pour la construction d'interrupteurs ou commutateurs synchrones et d'autres appareils commandés synchroniquement, il importe que la force auxiliaire soit commandée dans le temps de façon qu'el- le soit, à un moment donné avant le passage par zéro, plus grande que la force principale. Il importe alors aussi que la valeur finale de la force auxiliaire soit petite pour un petit courant et proportionnellement plus grande pour un grand cou- rant, afin que le mouvement de couplage soit amorcé en moyennee à peu près au même moment avant le passage du courant par zéro.
Dans les c@s de ce genre il peut être important que la, force auxiliaire atteigne la valeur finale nécessaire au cours de laps de temps plus petits que la durée d'une demi-onde du cou- rant de couplage. On obtient une amélioration supplémentaire lorsque la force principale dépendant du courant de couplage atteint sa valeur nulle avant le passage par zéro de ce cou- rant lui-même.
Les figs. 2 à 4 représentent schématiquement quelques
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exemples de réalisation de l'objet de l'invention.
Dans la fig. 2, 1 désigne l'élément de couplage mobile; 2 et 3 sont les pôles magnétiques conjugués ; 4 est un enroule- ment de retenue et 5 un ressort de coupure; 6 est un ressort transmettant la force auxiliaire variable à l'élément de cou- plage 1; 7 est la pièce de couplage mobile d'un interrupteur de pont 8; 9 est une résistance- parallèle à l'interrupteur de pont 8; P est la force auxiliaire variable qui attaque au point 10. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. Pour la mise en circuit la force auxiliaire P agit d'abord au point 10 de droite à gauche. L'élément de couplage 1 se meut alors jus- qu'a ce qu'il vienne en contact avec les pôles conjugués 2,3.
A partir de ce moment le courant venant de la ligne A passe par l'enroulement de retenue 4 jusqu'en B, puis par le pôle 3, l'élément de couplage 1 et revient à la ligne C en passant par le pôle 2. Cet état de choses dure jusqu'à ce que le pont 7 atteigne les contre-contacts de l'interrupteur 8. A ce moment le courant passe directement d'A en B par 7, pour revenir en C par 3, 1, 2. La fermeture de l'interrupteur 8 court-circuite l'enroulement de retenue 4, qui n'est alors plus traversé pra- tiquement par aucun courant. Pour la coupure, la force auxili- aire P est d'abord réduite par le mouvement du pmint 10 vers la droite. L'interrupteur 8 s'ouvre déjà après le premier mou- vement et le courant passe de nouveau par l'enroulement 4 pour aller d'A en C.
L'élément de couplage 1 est ainsi immobilisé magnétiquement par le courant à couper, sauf au moment du pas- sage par zéro. Or, pour une certaine position du point 10, la force mécanique agissant sur l'élément 1, atteint la valeur zéro, c'est-à-dire que les forces des ressorts 5 et 6 sont pré- cisément en équilibre. Si le point 10 continue à être ramené vers la droite, une force mécanique agissant dans le sens de la coupure s'exerce alors sur l'élément de couplage. Aussitôt que
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cette force est assez grande, les contacts sont séparés un peu avant le passage du courant par zéro et la coupure a lieu immé- diaternent après.
Pour éviter toute formation d'étincelles sur l'interrupteur 8, il peut être utile de monter en pont sur les contacts un circuit extincteur constitué par exemple par une résistance 9 dont la valeur oh-mique doit être grande par rap- port à la réactance de l'enroulement de retenue 4. Il peut par- fois être utile de faire en sorte que la constante de temps du circuit dans lequel se trouve la bobine de retenue 4 soit petite par rapport à la durée de la demi-onde du courant alternatif à coupler, afin que le courant de retenue s'établisse autant que possible sans retard.
La figure 3 est une vue schématique d'un mode de réalisa- tion convenant particulièrement bien pour être monté dans ce qu'on app-elle une cartouche de couplage. Les lignes en gros traits conduisent aussi le flux magnétique en plus du courant électrique. Les désignations correspondent à celles de la figure 2. En outre :: 11 est l'armature du circuit de commande; 12. est un dispositif amortisseur n'agissant que dams le sens de la cou- pure et 13 est l'enroulement de Les lignes en pointillé désignent le flux magnétique de retour du circuit de commande et de couplage, tandis que les lignes en traits mixtes marquent les contours de la cartouche de couplage. Le fonctionnement est le suivant.
Lorsque la bobine 13 est excitée, il se produit d'abord un flux de force magnétique allant d'A en B', flux sous l'action duquel l'armature 11 se ment en sens inverse du mouvement des aiguilles d'une montre. Sous l'action du ressort 6 l'élément de couplagemobile 1 est entraîné. Dès qu'il vient en contact avec le pôle 2, le courant passe d'abord d'A en B par l'enroulement 4, comme dans la figure 2, puis il retourne vers C. Ceci dure jusqu'à ce que l'armature 11 ait atteint son rôle conjugué, l'en-
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roulement de retenue 4 étant alors court-circuité. Le courant passe maintenant d'A en C par B', B.
Si la bobine de commande est interrompue, l'armature 11 se meut d'abord sous l'action du ressort 5 dans le sens du mouvement des aiguilles d'une mon- tre, la bobine de retenue 4 est mise en circuit, le ressort 6 se détend d'abord, mais l'élément de couplage 1 est immobilisé magnétique-ment. L'armature 11 continuant son mouvement dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre, 6 se transforme en ressort de pression, qui provoque alors l'ouverture de 1 un peu avant le passage d courant par zéro. La pompe d'amortisse- ment 12 a pour effet que la force auxiliaire qui agit sur l'é- lément de couplage 1 n'atteint sa valeur finale qu'au bout d'un laps de temps qui est par exemple plus grand que la durée d'une demi-onde du courant à couper.
La figure 4 est une bue d'un dispositif conforme à l'in- vention et convenant particulièrement bien pour des redresseurs.
Dans cette figure; 20 désigne une source de courant alternatif; 1 est encore l'élément de couplage mobile et 4 la bobine de re- tenue; 21 est une valve montée directement parallèle à l'élément de couplage 1; 5 est un ressort de coypure; 22 est une manivel- le actionnée par un moteur synchrone 23; 24 représente la char- ge du redresseur. Le moteur 23 est branché sur la tension du réseau; tension qui est produite par l'alternateur 20.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant. Lorsque la tension passe par zéro la manivelle 22 occupe la position représentée, ce qui fait que le ressort 5 est largement déten- du. L'élément de couplage 1 peut donc déjà se mouvoir, lorsque l'enroulement de retenue 4 est traversé par un très petit cou- rant, et provoquer ainsi le shuntage de la valve 21. Pour la coupure il est toutefois désirable que la tension du ressort 5 soit relativement grande, pour que l'élément de couplage 1
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puisse être accéléré avec une force suffisantepour atteindre la distance nécessaire entre les contacts avant le passage du courant par zéro. Il faut alors que la manivelle occupe la po- sition représentée en pointillé, de façon que le ressort 5 soit plus tendu.
On voit que la force auxiliairevarie périodique- ment dans ce cas entre une valeur initiale minima, lorsque la manivelle 2 occupe sa position inférieure, et une valeur maxi- ma. dans la position supérieure de la manivelle 22.Le moteur synchrone 23 tourne synchroniquement avec la tension; la force auxiliaire ne dépend donc pas du temps seulement, elle dépend aussi d'une grandeur électrique qui estla tension du circuit de couplage.
En plus des exemples représentés et décrits, des dispo- sitifs conformes à l'invention peuvent aussi être employés pour maintes autres applications, par exemple pour des relais, com- mutateurs de charge, commutateurs de puissance. Le dispositif a, sur les propositions connues, le grand avantage de ne pas exiger de relais délicats ou appareils analogues et, en outre, qu'il peut aussi être actionné à. la main, ou au moyen de dispo- sitifs moteurs connus,dans le cas d'interrupteurs commandés synchroniquement, ce qui permet d'obtenir la simplicité de la construction et une grande sûreté de fonctionnement.
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i .G ü 1.: :
L'invention concerne notamment les caractéristiques ci- après et leurs diverses combinaisons possibles.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.