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DISPOSITIF DE TRANSFORMATION DE COURANT CONTINU A TENSION CONSTANTE EN COU-
RANT CONTINU A PUISSANCE EGALERAIS A TENSION VARIABLE.
L'invention a pour objet une disposition spéciale de circuits re- liant des rotors de moteurs ou des génératrices de courant continu à de% circuits correspondants d'excitation de ces moteurs et génératrices - faite de manière à pouvoir l'énergie des deux pôles avec une source de courant continu à tension déterminée - par exemple par une ligne de traction électrique de 600 V - et d la reprendre de deux autres pôles transformée en un courant variable à vplonté dans ces deux facteurs d'intensité et de tension (excepté naturelle les rendements) de zéro à un maximum à dé- terminer.
Ce but est atteint au moyen de deux induits mécaniquement solidai- res entre eux tournant dans deux champs excités séparément, lesquels induits sont à leur tour reliés électriquement entre eux.
L'invention est décrite dans la suite et illustrée par les figu- res 1,2,3,4 où les interrupteurs 1 et 2 commandent la dérivation de la ligne à tension constante et les interrupteurs 11 et 12 commandent le circuit à tension variable qui s'appellera dans la,,suite "circuit d'utilisation".
La figure 1 représente la disposition du circuit au début du fonctionnement du dispositif, c'est-à-dire quand le circuit d'utilisation est à la tension zéro et le flux de la machine I est celui-correspondant au champ saturé tandis que, au contraire, le flux de la machine II est nul.
La figure 2 représente la disposition des circuits dans la phase de fonctionnement, la tension du circuit d'utilisation déterminée par l'in- tensité différente du flux dans les deux machines I et II étant obtenue en faisant varier les courants d'excitation.
La figure 3 représente la disposition des circuits quand la ten- sion du circuit d'utilisation est devenue égale à'celle de la ligne à tension constante, qui dans la suite s'appellera "tension'du.réseau". ,
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La figure 4 représente la disposition de circuits quand la ten- sion d'utilisation est augmentée aussi par rapport à la tension du réseau par la tension que la machine I peut développer comme- survolteur actionnée par la machine II.
La figure 1 illustre le disposition du "circuit T" au moment où il commence à fonctionner.
Seulement pour rendre plus facile la compréhension du mode de fonctionnement du "circuit T" on imaginera que les circuits d'excitation des deux machines I et II sont alimentés séparément par la tension de deux petites batteries d'accumulateurs "X" et "Y" et sont réglés par deux ré-' sistances 15,15', 16,17 et 18,19,20', 20 graduables n'importe comment, et dans cet exemple au moyen de deux contacts à curseur 23 et 24.
Il va de soit que dans la pratique les deux batteries "X" ou= - "Y" pourront être remplacées par une source d'énergie quelconque à poten- tiel qui se maintient constamment entre une limite minimum établie cas par cas et un maximum non supérieur à un pourcentage sur la limite pré- cédente. Ce pourcentage devra également être déterminé cas par cas. Dans l'amplification schématisée dans les-figures 1,2,3,4 cette source est constituée par les éléments d'une batterie d'accumulateurs par lesquels, comme on le sait, la tension peut être conservée variable pour chaque élé- ment entre une limite minima de 2 Volts et un maximum de 2,7 Volts.
De cette source on devra tirer un courant électrique réglé dans ses facteurs de manière à porter à volonté le courant d'excitation des deux.champs 13,14 et 21, 22 du flux zéro à celui correspondant à l'in- tensité maxima du courant d'excitation supportable par la nature des en- roulements 13-14 et 21-22 et vice-versa.
Au début du fonctionnement du dispositif, l'excitation 13-14 est à son maximum parce que, au moyen du contact 23, se produit dans le circuit 15,25,13,14,23 le maximum d'intensité, tandis que, au contraire, l'excitation dans le champ 21-22 est nulle, le contact 24 étant porté sur le point 18 ou le circuit 18,19,20,21,22 s'est interrompu entre 18 et 19.
Dans ces conditions, le courant provenant du positif 1 du ré- seau, quand on ferme l'interrupteur 5-6 pour le circuit 3,4,5,6,7,8,9 re- vient au négatif du réseau par la fermeture de l'interrupteur 2. Comme l'in- duit 1 se trouve dans le champ 13-14 excité au maximum, il se mettra en rotation entrainant l'induit II. Pendant que l'induit 1 produira une force conte-électro-motrice égale à celle du réseau prenant une vitesse de n tours à la 1', l'induit II entraîné dans un champ nul ne produira aucune force contre électro-motrice : par conséquent entre les points 11 et 12 qui sont les pôles positif et négatif du circuit d'utilisation, la tension est nulle et entre les points 1 et 5 la tension est celle de la ligne.
Si l'on déplace le contact mobile 23 sur la résistance 15,16, 17 lui faisant occuper par exemple la position 15, en déplaçant en même temps le contact mobile 24 sur la résistance 18,19,20 de manière à lui faire occu- per la position 20', on aura une diminution du courant d'excitation entre 13 et 14 et l'activité d'un courant d'excitation entre 21 et 22. L'intensité du champ magnétique dans lequel tourne I diminuera et celle du champ magné- tique dans lequel tourne II augmentera. Il est facile de disposer les résis- tances et le déplacement des deux contacts sur 15' et 20' de manière que le flux qui agit sur le rotor de I et celui qui agit sur le rotor de II soient -tels qu'on ne voie pas une sensible variation dans la vitesse de rotation de deux induits.
De toute façon, d'autre part, comme "fonction" de cette vitesse il se produira une disposition différente des forces contre électro- motrices des deux machines I et II.
Quand on aura calculé opportunément les résistances 15,16,17 et 18,19,20 et joint opportunément le déplacement des deux contacts mobiles 23 et 24 - en faisant passer le contact 23 de 15 à 17 et le contact 24 de 18 à 20 - on pourra obtenir une variation graduelle de la force contre électro- motrice de la machine I, de la tension de ligne à la tension zéro, et de la machine II de la tension zéro à la tension de ligne.
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En d'autres termes, tandis que, entre les points 1 et 4, la ten- sion varie de la tension de ligne à zéro, entre les points 5 et 9 (c'est-à- dire d'où le circuit d'utilisation est tiré) la tension varie de zéro à la tension de 'ligne.
Entre 11 et 12 on aura ainsi transformé avec une tension varia- ble de zéro à la tension de ligne - un courant dérivé de la ligne à tension constante.
La gradualité de tension de ce courant transformé est fonction de la gradualité de la résistance symbolisée en 15,16,17 et 1,19,20. L'unifor- mité de la vitesse de rotation du système constitué par les deux rotors I et II peut être facilement obtenue par un calcul facile des déplacements simul- tanés du contact mobile 23 de 15 vers 17 et du contact mobile 24 de 18 vers 20.
Quand le déplacement est complet, on réalise le circuit indiqué à la figure 3 : danscelui-ci - l'excitation manquant au champ de I - l'induit ne produit pas'de force contre électro-motrice; par conséquent entre 1 et 5 il n'y a pas de diminution de tension appréciable sinon celle due à la résis- tance, chimique négligeable de ce circuit. Entre les points 7 et 8 (et par conséquent également entre 5 et 9 et entre 11 et 12) la différence de tension est graduellement passée de zéro à la tension de ligne.
L'induit de II est donc inséré sur la tension de ligne et a son champ à pleine excitation; il tourne donc à vide entrainant l'inertie de l'in- duit de I.
A ce point on peut obtenir une augmentation de la tension de li- gne jusqu'au double de sa valeur par ces opérations. a) en fermant l'interrupteur convenable 6-10 et en ouvrant l'interrupteur 5-6. La manoeuvre de ces interrupteurs dans cet ordre se produit sans la moindre étincelle, la différence de potentiel entre 5 et 10 étant nulle et le courant absorbé par la machine II fonctionnant comme moteur à vide, é- tant minime. b) en intervertissant les liaisons 25, 13 et 23, 14 réalisant celles de la figure 4, c'est-à-dire 23, 13; 25, 14; c) en déplaçant par conséquent graduellement le contact mobile 23 de 17 vers 15 on réalise la disposition des circuits indiquée à la figure 4.
Dans ces conditions, la machine II fait fonction de moteur par rapport à la machine reliée I dans laquelle l'intensité du flux, passée de zéro à la saturation, produira une force électromotrice accrue de zéro à la tension de ligne.
Cette force électromotrice viendra s'ajouter à la tension de li- gne de manière que, aux points 11 et 12, qui par l'effet des manoeuvres pré- cédentes étaient déjà arrivés à la tension de ligne, on aura une tension graduellement croissante de la tension de ligne à une tension double.
Des bornes 11 et 12 - pôles négatif et positif du circuit d'uti- lisation - on pourra donc dériver des courants rapidement variables en ten- sion et en intensité en dérivant du réseau à tenion courante la même quantité d'énergie, sauf, bien entendu, les rendements normaux des deux machines I et II et des autres passivités du système représentées par les pertes pour résis- tance chimique pratiquement négligeables et par l'énergie nécessaire et suf- fisante pour maintenir en vitesse les deux rotors de I et II.
L'emploi de ce dispositif pour régler la marche de véhicules ali- mentés par courant continu à tension constante est important et facile à réaliser. On donnera comme exemple explicatif l'application du "circuit T" à un autocar à accumulateurs de forte portée et alimenté par des batteries d'accumulateurs de 200 V 400 A.
On choisit cet exemple pour démontrer ensuite que le circuit T peut aussi se prêter efficacement au freinage avec récupération même à vites- se réduite ou sans la nécessité que le courant de récupération soit produit par une tension supérieure à celle d'alimentation. On supposera que, à la
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mise en marche de l'autocar, on ait besoin d'un couple moteur initial pro- duit par le moteur au moyen d'un courant de 200 Amp. et que la résistance chimique du moteur soit telle que pour y introduire ce courant 60 V soient suffisants.
Energie nécessaire 200 A. x 60 V = 12.000 W. - En appliquant les dispositifs ci-dessus décrits du "circuit T" bn obtiendra de dériver de la batterie un peu plus de 12.000 W. soit 60 Amp. au lieu des 200 Amp.
200 V. nécessaires à la mise en marche. Cela pourra s'obtenir, comme on l'a dit, en déplaçant convenablement les deux contacts 23 et 24 indiqués dans les sché- mas des figures 1, 2, 3, 4. Si l'on suppose que la marche du véhicule sur terrain plat après la phase de mise en marche, exige un régime de 60 Aa x 200 V., dans le circuit de l'utilisation de la mise en marche, on aura pra- tiquement la distribution suivante des courants : dans la phase initiale le courant qui traverse I sera de 60 Amp. celui qui traverse II sera de 200 - 60 = 140 Amp. (plus de 4 + 5 Amp. nécessaires pour maintenir le système en rotation) et le circuit d'utilisation sera parcouru par un courant initial de 200 ampères.
Ce courant se réduira graduellement au courant de régime c'est-à- dire à 60 A. à la fin de la mise en marche.
Dans la phase successive de survoltage (toujours sauf les rende- ments qu'on néglige pour une explication facile du système par¯ un exemple numérique et encore toujours pour la même raison - supposant que l'intensité du courant pendant la marche reste de 60 A. quoique la tension augmentée pro- voque une consommation spécifique plus grande pour-l'augmentation de vitesse correspondante) on obtiendra que, en appliquant le schéma de la figure 4, la machine II agira comme moteur de la machine I qui survoltera de 200 autres volts le courant de 60 Ampères en passant par la machine I, en absorbant de la ligne la puissance nécessaire dans ce but, courant qui (toujours en négli- geant les rendements à pur but didactique)-sera de 60 A. 200 V. de manière que l'on prélèvera de la batterie 120 Ampères à 200 V. ayant dans le cir- cuit d'utilisation 60 Ampères 400 V.
Naturellement en revenant des dispositions de circuit correspon- dantes à la figure 4 à celles de la figure 3, la machine I redevient inerte et la machine II tourne alimentée à 200 V et maintient sa propre vitesse et celle de la machine I. Le régime de fonctionnement redevient de 60 A. 200 Volts.
De ce fait, on comprend comment, en employant le "Circuit T" com- me simple démarreur, les deux machines I et II appelées à n'effectuer que des démarrages à intervalles, et à supporter par conséquent une charge pendant un temps court et à de longs intervalles, pourront être réduites à des di- mensions minimes, tandis que ces dimensions dévront exiger un plus grand espace et un plus grand poids si le "circuit T" devait être appliqué égale- ment en fonction de survolteur même pendant la marche, les deux'machines devant se partager la charge d'utilisation.
Les mêmes considérations doivent être répétées pour les appli- cations dans lesquelles le "Circuit T" devrait agir à l'"envers" ou devrait servir à réduire à une tension* déterminée un courant à tension variable...
C'est le cas du freinage à récupération quand le courant de frei- nage à récupération est produit à une tension variée et inférieure à la ten- sion de ligne.
Pour comprendre facilement cette application on se servira de l'exemple numérique dans lequel - on le répète - on néglige, à dessein, les rendements des transformations.
Et pour plus de clarté, on considère également pour cet exemple numérique le même autocar à accumulateurs considéré ci-dessus.
On suppose donc que ce car électrique à accumulateurs se trouve sur une pente déterminée et doive descendre à une vitesse déterminée. Pour que
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le moteur du véhicule puisse fonctionner comme dynamo et produire un courants de récupération, on doit pourvoir séparément une excitation déterminée du champ de ce moteur. En correspondance avec l'intensité de ce champ et en fonction du couple résistant à la descente (dépendant de la charge et'de la' pente) le moteur produira un courant de A Ampères. L'intensité de ce cou- rant de A ampères ainsi déterminée, la tension de ce courant de récupéra- tion, le champ qui l'a produit restant constant, sera une fonction linéaire. de la vitesse de descente.
Généralement on descend lentement et par consé- quent cette tension sera considérablement inférieure à la tension de la bat- terie d'accumulateurs nécessaire et suffisante pour la vitesse maxima du vé- hicule, tandis que A pourra, au contraire, être même considérablement supérieu- re au courant de régime pour la marche en plaine.
L'hypothèse se confirme si le car est actionné par une batterie de 200 V et si le courant de récupération a au contraire une tension de 50 V et une intensité de 70 A.
Dans ce cas, la manoeuvre des contacts 23 et 24 comme précédem- ment décrite (manoeuvre qui permet de réaliser entre 11 et 12 des tensions variables de zéro à 200 volts et vice-versa) pourra toujaurs être effectuée de manière à réaliser au moyen du schéma de la figure--2 entre 11,12; 5,9,7,g une tension inférieure à 50 volts, par exemple 40 volts. Alors-dans la machi- ne I on aura 160 V (la tension de la-batterie- étant égale comme on l'a dit à 200 V.).
Dans ces conditions, la machine II reçoit le courant de 70 amp. à la tension de 50 volts et agit comme moteur de la machine I qui fonctionne comme survoltrice de- ces 140 volts dont il a été parlé précédemment se- por- tant ainsi à une tension inférieure à 200- volts et par conséquent capable d'être réabsorbée par la batterie d'accumulateurs qui n'en a que 200.
On répète que les chiffres indiqués n'ont qu'une valeur didac- tique qui sert à démontrer comment même l'énergie (des 70 amp.) produite à une tension de 50 volts de beaucoup inférieure- à celle de la source pourra être restituée à la batterie qui a une tension de beaucoup supérieure (200 v. vis-à-vis de 50 V.) diminuée naturellement des rendements des transforma- tions.
On suppose que ce rendement peut être évalué à environ 70 % et on a un courant de recharge de la batterie.
EMI5.1
<tb> a <SEP> 70 <SEP> A <SEP> x <SEP> 50 <SEP> V <SEP> = <SEP> 0,7 <SEP> environ <SEP> = <SEP> 12 <SEP> ampères
<tb> 200
<tb>
Si l'on voulait une vitesse deux fois plus grande, on obtien- drait de doubler approximativement - c'est-à-dire de porter à environ 100 V la tension du courant de récupération (le champ d'excitation du moteur qui le produit étant supposé constant).
En orientant encore dans ce cas comme il convient selon le schéma de la figure 3 les contacts 23 et 24, on aura un courant de charge de-70 A x 100 V x 0,7
200 V. c'est-à-dire environ 24 ampères,
Si, au lieu d'absorber le courant développé par le travail pro- duit par la descente d'une charge, on voulait absorber la force vive du vé- hicule en marche (étant supposé toujours qu'on,ait une excitation déterminée constante du champ du moteur au des moteurs du véhicule) il est évident qu'on peut toujours harmoniser et synchroniser la diminution graduelle de la tension du circuit d'utilisation (conséquente à la disparition graduelle de la force convertible, en courant de récupération à partir de la tension au moment du début du freinage jusqu'à réduction à zéro volt),
avec la tension qu'on crée dans le circuit T en passant successivement du schéma de la figure 3 à celui de la figure 2 et finalement à celui de la figure la
En d'autres termes, toujours par la manoeuvre des contacts 23 et 24, on retrouve la diminution de la tension du courant de récupération qui correspond au ralentissement du véhicule dû à l'action du freinage de
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manière que cette dernière soit toujours active jusqu'à la vitesse zéro.
En d'autres termes, par l'application du "circuit T" en matière de freinage à récupération, on peut facilement réaliser un freinage électri- que à récupération graduelle jusqu'à la vitesse zéro.
Les applications du "circuit T" sont toutefois très variées bien que les descriptions et les exemples soient indiqués ici pour une compré- hension plus facile à des applications de traction pour-lesquelles-on reven- dique plus spécifiquement les droits de propriété industrielle,. comme cela est indiqué ci-après : - démarrage des véhicules.
- pour réaliser la marche des véhicules ou des trains à vitesse contrôlée dans les limites dans lesquelles on peut -faire varier la tension du circuit d'uti- lisation, le circuit de l'alimentation du réseau restant même- constant.
- pour le freinage dans le but de porter la vitesse à une limite pré-établie ; - pour le freinage des véhicules et des trains actif jusqu'à la vitesse zé- ro ; - pour un freinage de récupération à vitesse réglable- pendant les descentes; pour toutes les applications même en dehors du domaine de la traction, dans lesquelles on veut transformer un courant continu à tension constante en courant continu à'tension variable et vice-versa, et pour toutes les ap- plications même en dehors du domaine de la traction dans lesquelles on veut transformer une force vive quelconque en courant continu à tension variable et ce courant continu de potentiel déterminé.
Le tout au moyen d'une détermination préalable de la puissance des deux machines I et II en rapport avec les exigences correspondant aux puissances à employer restant à déterminer dans la suite-: a) la valeur et la portée des résistances variables qui servent à régler ou à amortir entre elles le courant d'excitation (ou le champ des machines I et II) par la manoeuvre rationnelle et concordante des contacts 23 et 24 aux buts ci-dessus indiqués et à tout autre dérivé ou assimilable; b) le moyen de production de ce courant qui doit être tiré d'u- ne source quelconque d'énergie à potentiel-qui se maintient constamment dans une limite minima pré-établie dans chaque- eas et un maximum non supérieur à un pourcentage sur la limite susdite. Ce pourcentage- devra également être déterminé dans chaque cas.
De cette source on devra tirer un courant élec- trique réglé dans ses facteurs de manière à porter à volonté,les courants d'excitation des deux champs 13-14 et 21-22 du flux'zéro à celui correspon- dant à l'intensité maxima du courant d'excitation tolérable par la nature des enroulements 13-14 et 21-22 et vice-versa.
Le tout disposé et relié comme dans les schémas des figures 1, 2,3,4 selon les descriptions et les exemples du texte.
Ces exemples ne doivent pas être considérés du tout comme déli- mitant le champ d'application du système, ces applications pouvant s'éten- dre à tous les cas où une quantité déterminée d'énergie produite- ou trans- formée-en courant continu à tension presque constante doit être exploités dans n'importe quel but pour lequel cette quantité doit être utilisée à tension variable et vice-versa.
REVENDICATIONS.
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