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Les régulateurs de pension habituellement utilisés avec les génératrices à courent continu ou les alternateurs, utilisés en particulier pour la charge des batteries d'accu- mulateurs, et les dispositifs appelés relais de tension, sont généralement des appareils à fonctionnement électro--magnétique dont la précision dépend : - du ressort de rappel opposant la force antago- niste à celle de l'électro-aimant de commande, - du réglage mécanique des appareils, en parti- culier de l'entrefer des pièces magnétiques, qui varie avec l'usure des contacts,
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- des variations de résistivité des bobinages en fonction de la température.
Ces divers facteurs font que ces appareils sont généralement peu précis et instables dans le temps.
La présente invention concerne un dispositif de régulation dans lequel la tension à contrôler est comparée à une tension de référence
Une caractéristique de ce dispositif consiste en ce que la tension de référence est prise sur un élément tel quune cellule électrolytique, adapté pour fournir.à ses bor- nes une tension constante et stable, même lorsque le courant qui le traverse varie dans d'assez larges limites, des moyens étant prévus pour agir sur la tension de la source en fonction de la différence positive ou négative entre la tension prise aur ledit élément et une tension prise sur la source avec un coefficient de proportionnalité convenable.
On connaît déjà des accumulateurs alcalins dans lesquels il n'y a pas de consommation de l'électrolyte au cours de l'usage, lesdits accumulateurs pouvant être enfermés dans une boite étanche. Une cellule constituée à la manière d'un tel accumulateur et dont les plaques peuvent être en métal fritté ou non et peuvent contenir ou non de la matière active, est utilisable avec avantage pour fournir la tension de référence dans le dispositif de l'invention.
Les caractéristiques électriques d'une telle cellule présentent toutes les conditions requises : tension de charge stable et pratiquement constante, même si le cou- rant varie dans d'assez larges proportions. Sa robustesse électrique et sa complète étanchéité donnent, de plus, une très grande stabilité de caractéristiques dans le temps.
Plus généralement, on peut aussi utiliser,pour fournir la tension de référence une cellule d'accumulateur de type quelconque, en prenant des dispositions pour y main-
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tenir un niveau d'électrolyte constant, par exemple en prévoyant une nourrice remplie d'électrolyte et dont la commu- nication avec la cellule est contrôlée en fonction du ni- veau dans celle-ci.
Un avantage particulier de la cellule électro- lytique est que sa tension varie en fonction de la températu- re comme celle de la batterie qu'il s'agit de charger, ce qui permet de compenser l'effet des variations de température sur la charge de la batterie,,sans recourir aux systèmes de compensation par bilames ou autres qui sont souvent prévus sur les régulateurs de charge,
A ce point de vue, il y a intérêt à monter la cellule à proximité immédiate de la batterie, de manière qu'elle soit soumise aux mêmes conditions thermiques.
Une réalisation avantageuse consiste à placer la cellule entre les bacs de deux éléments de la batterie ou même dans l'un de ces bacs.
,Avec une cellule électrolytique constituée comme un accumulateur, il y a avantage à ce que la cellule ait une très faible capacité, de manière à être rapidement chargée et stabilisée.
La puissance mise en jeu dans la comparaison de la tension aux bornes de la batterie à la tension de ré- @ férence étant généralement très faible par rapport à la puis- sance à contrôler dans le circuit de charge, il convient d'ad- joindre à la cellule électrolytique un système d'amplification @
Si le courant de charge provient du redresse- ment d'un courant alternatif, on pourra utiliser, avec avari- tage, un amplificateur du type électromagnétique comportant, dans le circuit alternatif, '.une self à noyau magnétique dans lequel est entretenu, un flux qui varie en fonctionne la différence entre la tension de référence et la tension prise sur la batterie à charger.
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On peut aussi utiliser un amplificateur électro- nique à tubes thermoioniques ou triodes au germanium (transis- tors).
D'autres particularités de l'invention ressorti- ront de la description qui va suivre en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple, étant entendu que l'invention s'étend aussi bien aux particularités mentionnées dans la description qu'à celles représentées sur le dessin.
Les figures 1 et 2 sont des schémas de deux modes de réalisation de l'invention utilisables pour la régula- tion d'une source alternative.
La figure 3 montre un schéma d'un autre mode de réalisation appliqué à un relais de tensiono
La figure 4 illustre un mode de réalisation à amplificateur électronique.
La figure 5 est un schéma de montage d'une variante.
La figure 6 montre la courbe de variation du courant de charge en fonction du courant de commande.
Dans le mode de réalis.ation représenté sur la figure 1, la tension de charge de la batterie d'accumula- teurs a est prise sur un redresseur b qui reçoit la tension alternative du secondaire ± d'un transformateur, dont le primaire d est alimenté par une source alternative convenable.
La batterie alimente un circuit d'utilisation qui est raccordé aux bornes e
Une cellule électrolytique f fournissant la tension constante de référence est montée en parallèle aux bornes de la batterie a par l'intermédiaire d'une résistance R, de manière à recevoir un courant de charge du redresseur b, à travers cette résistance qui sert à
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absorber l'excédent de la tension fournie par le redresseur b. La cellule f peut être constituée, avec avantage, comme une cellule d'accumulateur alcalin étanche comportant une plaque positive à base de nickel et une plaque négative à base de cadmium pressée contre la précédente avec interposition d'un séparateur mince perméable, le tout étant imprégné d'une solution de potasse et étant enfermé dans une enveloppe her- médtiquement close.
Une telle cellule donne une tension cons- tante pour une large variation de l'intensité qui la traverse.
Un amplificateur magnétique comporte sur un circuit magnétique commun :
1) un enroulement 1 connecté aux bornes de la cellule f.
2) un enroulement 2 connecté aux bornes de la batterie a (tension à contrôler) dans un sens tel que ses ampères-tours s'opposent à ceux de l'enroulement 1, les en- roulements 1 et 2 donnant dans le circuit magnétique un flux résultant nul quand la tension aux bornes de la batterie est correcte.
3) un enroulement 3 donnant l'auto-excitation de l'amplificateur magnétique. Les ampères-tours de cet enroulement sont -tels qu'ils engendrent dans le. circuit magné- tique un flux inférieur au flux de saturation pour la tension correcte aux bornes de la batterie et de signe opposé à celui du flux engendré par 1'enroulement 2.
4) un enroulement 4 traversé par le courant alternatif alimentant le redresseur et opposant à ce courant une impédance fonction de l'excitation du circuit magnétique.
Le fonctionnement de l'appareil est le suivant: si la tension aux bornes'de la batterie augmente, le courant circulant dans l'enroulement 2 augmente et le flux'de signe opposé à celui de l'enroulement 1, qu'il
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engendre dans le circuit magnétique, devient prépondérant.
Le flux qui était engendré dans le circuit Magnétique par le seul enroulement 3, quand la batterie avait la tension correcte, diminue donc, ce qui a pour effet d'augmenter l'im- pédance de l'enroulement 4 en diminuant ainsi la tension four- nie au redresseur b. Le débit de ce redresseur diminue donc, tendant ainsi à ramener la tension de la batterie à la ten- sion de réglage. Des phénomènes inverses se produisent si la tension aux cornes de la batterie diminue.
Le dispositif, représenté sur la figure 2, dérive du précédente mais est adapté pour permettre le régla- ge direct de la tension fournie par un alternateur. Sur le dessin, cet alternateur est du type à induit fixe et induc- teur tournant 11..- Le courant alimentait- cet inducteur est pris aux bornes de l'induit à travers l'enroulement 4 à impédance variable de 1 'amplificateur magn ''tique sus-décrit Ce courant est ensuite redressa dans le redresseur j L'enroulement d'excitation 3 de l'emplificateur magnétique est placé dans le circuit à courant continu de
1'inducteur. le fonctionnement est le même que précédemment en cas de variation de la ten sion aux bornes d'utilisation e.
Sur le schéma, le dispositif est supposé appliqué à la charge d'une batterie d'accumulateurs a dont le courant de charge est ainsi réglé, mais il pourrait être utillisé dans d'autres buts.
Il convient de nater que dans le cas où. l'alter- nateur est entraîné à vitesse variable (cas d'un équipement d'automobiles par exemple), il se produit une auto-régulation due au fait que, si la vitesse d'entraînement de l'alterna- teur augmente; la fréquence et la tension de l'alternateur augmentent proportionnellement.
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Or, l'impédance d'une self est proportionnelle à la fréquence.
De ce fait, l'enroulement 4 diminuera automati quement le courant d'excitati il lorsque la vitesse de l'al- ternateur augmentera.
Cet enroulement peut être déterminé pour que l'alternateur conserve des caractéristiques sensiblement constantes dans une certaine plage de vitesses indépendam- ment de toute autre régulation.
La figure 3 illustre l'application de l'inven tion à un relais de tension différentiel. Ce relais compor- te les bobinages 1 et 2 enroulés en opposition et dont le flux résultant agit sur une armature non figurée reliée à l'interrupteur k qui est soumis d'autre part à l'action du ressort antagoniste l La tension à régler fournie par la source continuer qui sert à charger la batterie d'accu- mulateurs a est appliquée à l'enroulement 2. Elle est appla quée également à la cellule électrolytique de référence à travers la résistance R. La tension aux bornes de cette cellule est appliquée à l'enroulement 1.
Les enroulements 1 et 2 sont tels que le flux résultant dans le circuit magné- tique commun de ces enroulements soit nul quand la tension de la source m est correcte. L'effort du ressort 1 est alors prépondérant et ce ressort ferme 1'interrupteur k qui court-circuite la résistance n placée en série avec la source a. Si la tension aux bornes de la batterie augmerte, le flux engendré par 1'enroulement 2, qui augmente corrélative- ment, détermine l'ouverture de l'interrupteur k De ce fa la résistance n est mise en circuit et réduit le courant fourni à la batterie dont la tension diminue.
Par un choix judicieux de la sensibilité du relais et des enroulements 1 et 2, le relais peut fonction- ner lorsque la tension du circuit à contrôler augmente d'une
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valeur ¯ U faible par rapport à U ¯ U = 5% de U par exemple)
La tension de fonctionnement du relais est donc U +AU.
La qualité essentielle du dispositif décrit ci- dessus est d'être pratiquement insensible aux déréglages (d'ordre mécanique par exemple) du relais proprement dit :
En effet, si le relais se dérègle de 10% cela revient à dire que ¯ U va varier de 10% si¯U = 5% de U, par exemple,l'incidence de ce déréglage sur la tension de fonctionnement ne sera que de
10% x ¯U soit 0,476%
U+¯U
Pratiquement, la précision du relais sera donc celle de la tension de la cellule électrolytique de référence.
Un deuxième avantage de ce dispositif est d'être insensible aux variations de la résistivité des enroulements en fonction de la température, ces variations entraînant habituellement des déréglages des appareils.
Dans la variante de réalisation de la figure 4, la tension de référence, prise aux bornes de la cellule électrolytique f, est montée en opposition avec la tension créée entre les points o et P d'une résistance g dont les extrémités sont connectées aux bornes de la source continue m, cette résistance et les points o et p étant choisis de telle manière que la tension entre o et p soit égale et opposée à la tension de référence quand la tension aux bornes de la batterie o a sa valeur normale. Le courant dans la résistance s, reliant le point o à la borne correspondante de la cellule f est alors nul.Un courant de déséquilibre circule au contraire dans la résistances si la tension dans la batterie augmente ou diminue par rapport à la valeur normale.
L'importance de ce courant dépend de la
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variation de tension et son signe de celui de cette variation.
La différence de potentiel aux bornes de la résistance s est appliquée aux bornes d'entrée d'un amplificateur t qui déplace, dans un sens ou dans l'autre, le curseur d'un rhéostat u ramenant la tension de la batterie à la valeur normale.
Le dispositif représenté sur la figure 5 est en partie analogue à celui de la figure 1. On y retrouve le transformateur d'alimentation dont le primaire d reçoit la tension alternative du réseau et dont le secondaire c est branché sur un montage redresseur b qui fournit la ten- sion de charge à la batterie d' accumulateurs a alimentant une source d'utilisation raccordée aux bornes e On y retrou-
EMI9.1
ve également l P amplificate ur manét iq uu o u transducteur dont l'enroulement 4 est traversé par le courant alternatif ali- mentant le redresseur et oppose à ce courant une impédance variable en fonction du flux engendré par l'enroulement de commande 2, l' auto-excitation étant fournie par l'enrou-- le;
ment 3
Comme précédemment, l'impédance variable 4 per- met de faire varier le courant redressé IR depuis une très faible valeur jusqu'à la valeur maximum admissible IRm en fonction de l'état de saturation du circuit magnétique, lorsque le courant de commande 10 parcourant l'enroulement 2 passe d'une valeur nulle ou négligeable à une valour ICm.
La figure 6 montre l'allure de cette variation.
Toutefois, dans le cas de la figure 5, le courant de commande IC est fourni par un préamplificateur à deux étages constitués par des transistors Tl et T2 Ce préam- plificateur est agencé de manière à détecter et amplifier les écarts entre une fraction de la tension de sortie du redresseur b et la tension de référence fournie par un petit élément d'accumulateur A1
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A cet effet,l'émetteur E1 et le collecteur Ci du transistor T1 sont montés en série avec l'élément de référence Ai et 'avec une résistance R3 aux bornes du circuit de charge de la batterie a La base B1 du transistor est soumise à la tension de charge,
selon un coefficient de pro- portionnalitédf déterminé par un diviseur de tension R1-R2
Un second transistor T2 coopère de façon analogue avec un second élément d'accumulateur A2, la base B2 de ce transistor étant reliée au collecteur CI du pre- mier tandis que son collecteur C1 est connecté à l'enrou- lement de commande 2 du transducteur.
Les éléments d'accumulateurs A1 et A2 sont chargés à travers des résistances R4 et R5 respectivement.
La résistance Ri du diviseur de tension est calibrée de telle sorte que la tension à ses bornes soit supérieure de 0,2 à 0,3 volt à la tension fournie par l'élé- ment A1 Le transistor T1 est donc polarisé (entre son émetteur El et sa base B1) de telle sorte que la résistance de son circuit émetteur-collecteur El-Cl soit faible par rapport à R3 : la tension entre E1 et C1 est de quelques dixièmes de volts. Le transistor T2 est polarisé par la dif férence de tension entre l'élément A2 et la tension en CI.
Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne de la façon suivante :
Dans le cas où la tension de sortie du redres- seur b vient à diminuer, la tension aux bornes de la résis- tance B1 diminue. La différence de tension entre E1 et B1 diminuant, la résistance du- circuit E1-C1 du transistor T . augmente. De ce fait, la tension entre E1 et C1 augmente de même que la polarisation du transistor T2 entre E2 et B2 ce qui diminue la résistance du circuit E2-C2 de ce transis- tor T2. Cette dernière résistance qui est en série avec l'en-
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roulement de commande 2 du transducteur, diminuant, le courant de commande IC augmente, ce qui entraîne une augmen- tation du courant IR débité par le redresseur. Ainsi la tension de sortie de celui-ci tend à augmenter.
En d'autres termes, si la tension de sortie du redresseur diminue, le courant de commande IC augmente, entraînant une augmentation du courant IR et par suite de la tension de sortie du redresseur.
Quant au contraire cette tension tend à augmenter, les phénomènes inverses se produisent : la tension E1-B1 augmente, la tension E1-C1 diminue, la résistance entre E2 et C2 augmente, ce qui a pour effet de diminuer le courant de commande 1C IC diminuant IR diminue, ce qui abaisse la tension fournie par le redresseur b
Le dispositif de régulation est donc stable puisqu 1 il tend à ramener la tension de sortie du redresseur b à sa valeur prescrite lorsqu'elle s'en écarte dans un sens ou dans 1'autre.
Ce dispositif, d'une protide sensibilité, est néanmoins soumis aux effets des variations de températu- re sur le transistor T1 Ainsi une augmentation de tempéra- ture a sur T1 les effets suivants : - la tension de polarisation E1-B1 nécessaire pour obtenir une résistance E1-C1 déterminée s'abaisse, - le courant inverse circulant de B1 vers Ci augmente.
La présente invention prévoit les moyens suivants pour remédier à cet inconvénient en compensant les variations de la tension E1-B1
On dispose en série avec la résistance R1 (en diminuant R1 en conséquence) une diode au germanium (non représentée) ayant les mêmes caractéristiques que le
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couple El-Bl assimilable à une diode. La tension 'aux bornes de la dicde de compensation varie alors exactement comme la tension entre E1 et B1
En variante, la résistance R2 peut être constituée par un métal dont la résistivité augmente avec la température, par exemple-dû cuivre.
La variation du courant inverse circulant de B1 à CI peut être compensée en donnant à R1 et R2 des valeurs assez faibles, le courant circulant dans ces résis- tances pouvant être suffisamment élevé pour produire une atténuation très satisfaisante du phénomène.
Le dispositif décrit ci-dessus présente un grand intérêt pour la régulation d'un alternateur entraîné à vites- se variable tel que celui qui a été décrit en regard de la figure 2. Le préamplificateur à transistors étant insensible aux variations de la fréquence, le dispositif de la figure 5 constitue un excellent régulateur.
Les éléments Al et A2 peuvent être, comme l'élé- ment f des figures précédentes, des accumulateurs à très fai- ble capacité comportant des moyens permettant de maintenir constant le niveau de l'électrolyte ou des accumulateurs alca- lins étanches dont les plaques comportent ou non de la ma- tière active. Ils pourraient être d'ailleurs constitués par tout autre élément fournissant une tension constante et stable dans d'assez larges limites du courant qui le tra- verse, sans que l'on sorte pour cela du cadre de l'invention.