Dispositif réducteur de fréquence. lia présente invention est relative à un dispositif de réduction de la fréquence ét plus particulièrement à un dispositif du genre dans lequel on utilise un élément d'impédance non-linéaire, dans un circuit résonnant de telle sorte qu'il ne soit pas nécessaire d'avoir des organes en mouvement pour obtenir le résultat escompté.
Un dispositif de cette espèce consiste es sentiellement en un circuit résonnant compre nant un élément d'impédance non-linéaire et accordé sur une fréquence fondamentale infé rieure à la fréquence du courant d'alimenta tion. Si un courant alternatif à la fréquence fondamentale ou fréquence de résonance par court ce circuit et produit une tension harmo nique induite ainsi qu'un courant harmonique et si cette tension ou ce courant sont intro duits dans le circuit résonnant, un courant à, la fréquence fondamentale pourra être main tenu.
Il est cependant nécessaire d'envoyer en premier lieu le courant à la fréquence fon damentale dans le circuit résonnant, de plus, si la charge de ce circuit dépasse une certaine valeur, le courant à. la fréquence fondamen tale cesse brusquement et il faut recommencer l'opération.
Le but principal clé l'invention est d'ac croître la facilité de faire naître un courant à la fréquence fondamentale dans le circuit résonnant et d'augmenter la stabilité du cir cuit, de telle sorte que des variations de l'im pédance du circuit d'utilisation n'aient pas tendance à faire cesser brusquement le cou rant à fréquence fondamentale dans le circuit résonnant. _ Le terme "courant à fréquence fondamen tale" qui est utilisé dans le présent exposé signifie courant ayant la même fréquence que la fréquence de résonance du système réduc teur.
Le terme "harmonique" se rapporte à un multiple de la fréquence fondamentale et il y a évidemment d'autres harmoniques à côté de celle représentée par la fréquence du ré seau d'alimentation. Il existe différentes méthodes permettant de faire naître un courant à la fréquence fon damentale dans le circuit résonnant, la plu part d'entre elles provoquent une tension mo mentanée d'amplitude suffisante pour amor cer un courant à la fréquence fondamentale dans le circuit résonnant.
Par exemple, le condensateur du circuit résonnant peut être chargé à la tension du réseau d'alimentation et déchargé ensuite dans le circuit résonnant ou alternativement de l'énergie peut être em magasinée dans le champ magnétique de la self et déchargée ensuite dans le circuit ré sonnant.
Dans toutes ces méthodes, l'amplitude de la tension momentanée de mise en service ou le courant produit dans le circuit. résonnant est une fonction des caractéristiques des élé ments du circuit et de la tension du réseau d'alimentation. La facilité de faire naître un courant à fréquence fondamentale est aussi une fonction des caractéristiques des éléments constituants et de la tension appliquée à ceux-ci.
De même, le débit et la stabilité du circuit sont fonction de la grandeur relative des élé ments du circuit et de la tension du réseau d'alimentation, mais dans bien des cas les va leurs relatives des éléments du circuit les plus favorables du point de vue de la stabilité et du débit ne sont pas les valeurs les meilleures du point de vue de la mise en service. Dans ces conditions, il faut faire un choix de va leurs des éléments du circuit, ce qui n'est qu'un compromis. on bien il faut concevoir une disposition du circuit telle que les va leurs des éléments du circuit seront. diffé rentes au moment de la mise en service et en régime.
Dans le dispositif suivant l'invention. on a prévu, dans le but d'amorcer les oscilla tions à basse fréquence, une disposition telle que le condensateur est connecté à la source de courant par l'intermédiaire d'un transfor mateur ayant un rapport de transformation différent de celui d'un transformateur inter calé entre le condensateur et ladite self non- linéaire. Grâce à cet agencement, la grandeur de la tension momentanée de mise en service peut être ajustée indépendamment des va leurs relatives des éléments du circuit réson nant.
Les valeurs des éléments du circuit ré sonnant peuvent donc être réglées de manière à garantir la plus grande facilité et le débit le plus élevé tout en permettant de régler la tension ou le courant momentané de mise en service pour qu'il ait sa valeur maximum. On peut donc donner leurs valeurs optima au courant fondamental de mise en service et au débit tout en maintenant la stabilité du sys tème.
La tendance du courant fondamental à s'arrêter brusquement quand on atteint la charge critique peut être évitée ou réduite considérablement en connectant une impé dance dans le circuit d'utilisation en série avec la charge, de telle sorte que la tension de débit diminue beaucoup plus vite lorsque la charge augmente. Cette diminution rapide. qui n'est pas désirable en elle-même, peut être évitée jusqu'à un certain point en shuntant l'impédance jusqu'à ce qu'une charge détermi née soit introduite dans le circuit. en ce mo ment l'impédance est insérée dans celui-ci.
En alternative, on peut connecter une impédance capacitive en série dans le circuit d'utilisa tion pour augmenter la stabilité de ce circuit et en même temps pour augmenter la diffé rence de potentiel effective introduite en sé rie dans celui-ci, ceci tend à maintenir la tension d'utilisation plus constante aux diffé rentes charges.
Des formes d'exécution de l'objet de l'in vention sont représentées, à titre d'exemple, au dessin annexé, dans lequel: la fig. 1 représente un dispositif réducteur de fréquence dans lequel on a incorporé le dis positif pour la mise en service; la fig. 2 représente un dispositif de mise en service légèrement modifié dans lequel on utilise de plus une impédance additionnelle stabilisatrice; la fig. 3 représente un autre dispositif modifié dans lequel on a employé une impé dance capacitive stabilisatrice.
Dans la forme d'exécution suivant la fig. 1, le circuit résonnant comprend une self saturable 11 et un condensateur 12 connectés ensemble au moyen d'un transformateur 13. Ce circuit résonnant est connecté à une source 10 de courant alternatif par l'intermédiaire d'un organe de protection 24, un fusible par exemple, et d'un dispositif 25 de fermeture et d'ouverture du circuit. La source 10 peut être ou peut comprendre un générateur, un transformateur, une ligne ou un réseau de dis tribution d'énergie quelconque, capable de fournir la puissance nécessaire au fonctionne ment du système à une fréquence convenable.
Un enroulement. de sortie 14 est enroulé sur le transformateur 13 et connecté au circuit d'utilisation 18.
Les constantes de la self 11, du conden sateur 12, du transformateur 13 et plus parti culièrement de la. prise 17 à l'enroulement 15 du transformateur sont choisies de telle sorte que le circuit puisse résonner pour une fré quence telle que la fréquence du réseau d'ali mentation sont une harmonique de cette fré quence de résonance. Si on fait naître un cou rant à la fréquence fondamentale dans ce cir cuit résonnant, il pourra être maintenu, à moins que la charge ne devienne trop forte ou que le courant d'alimentation vienne à manquer.
Comme on l'a dit ci-dessus, il existe dif férentes méthodes pour faire naître un cou rant à la fréquence fondamentale dans ce circuit résonnant et dans la plupart de ceux- ci une tension momentanée importante est produite dans le circuit résonnant. Si le phé nomène transitoire est de grandeur suffisante, un courant à la fréquence fondamentale s'é coulera dans le circuit résonnant, il se main tiendra par suite de l'action de l'élément dont l'impédance est non-linéaire ou self saturable 11 combiné aux autres éléments du circuit. Dans les dispositions habituelles utilisées pour la mise en service, la grandeur de ce phénomène transitoire est déterminée, pour la plus grande partie, par l'accord du circuit.
Par exemple, si on emploie un condensa teur 12 de grande capacité, on peut emmaga- siner une charge importante dans celui-ci ou bien si on emploie une self 11 de forte valeur une énergie considérable peut être emmaga sinée dans son champ magnétique. Puisque c'est la décharge de cette énergie qui produit la tension de mise en service et détermine, pour la plus grande part, sa valeur, on voit directement que la facilité de mise en service est commandée, jusqu'à un certain point, par l'accord du circuit.
L'accord le plus favorable à la mise en service peut ne pas être l'accord qui convient lorsque le circuit est en régime normal, de telle sorte qu'un compromis doit être accepté sauf !si on peut prendre certaines dispositions pour faire varier l'accord.
Dans le dispositif de mise en service, le relais .21,à son contact de rupture 22, con necte la source 10 d'alimentation, directement à la prise 16 de l'enroulement 15 du transfor mateur, ce qui charge le condensateur 12 à travers l'enroulement du relais 21. Le relais 21 est suffisamment retardé à l'attraction pour qu'il n'attire pas tant que le condensa teur 12 n'est pas chargé. Quand le relais 21 attire, il déconnecte le circuit de mise en ser vice et la prise 16 et il permet au condensa teur 12 de décharger, à travers la self 11, l'énergie qu'il a emmagasinée.
La décharge est oscillante et est de même fréquence que la fréquence fondamentale du circuit résonnant, elle fait donc naître dans le circuit un cou rant ayant cette fréquence. Ce courant s'éta blit en permanence sous l'action de l'élément d'impédance non-linéaire ou self saturable 11 combinée aux autres éléments du circuit.
La tension sous laquelle le condensateur 12 est chargé peut être réglée à volonté en changeant la position de la prise 16, c'est-à- dire qu'on peut contrôler l'énergie accumulée dans le condensateur pendant la mise en ser vice. Le changement de la position de la prise 16 n'affecte en rien l'accord ou les conditions de fonctionnement du circuit après qu'un cou rant à la fréquence fondamentale a été lancé dans le circuit résonnant et que le relais 21 a attiré.
Donc, la tension de mise en service qui est appliquée au condensateur 12, est con trôlée uniquement par la position de la prise 16 de l'enroulement 15, tandis que l'accord et le fonctionnement. du circuit après la mise en service sont contrôlés uniquement par la position de la prise 17 de l'enroulement 15 du transformateur 13.
Dans le dispositif de mise en service mo difié, qui est représenté à la fig. 2, la prise 16 utilisée pour la. mise en service se trouve en dessous de la. prise 17 utilisée en régime. Ce réglage peut être plus avantageux du fait que pendant la mise en service un faible cou inent 1_e courant qui circule dans la self 11 ce qui tend à augmenter l'amplitude de la tension momentanée et augmente donc la fa cilité de mise en service du circuit.
Ceci est surtout vrai si le relais 21 attire en un point du cycle du courant alternatif d'alimentation oie la charge emmagasinée dans le condensa teur 7 2 est quelque peu réduite, car en ce mo ment le courant qui circule dans la self 11 atteint un maximum et l'énergie emmagasinée dans le champ magnétique est donc maximum également. L'énergie totale disponible pour produire la tension de mise en service tend à rester plus constante.
Ce dispositif de mise en service possède encore l'avantage que le condensateur 12 peut être utilisé à son rendement maximum pen dant la mise en service et en régime. La ten sion fondamentale engendrée dans le circuit est rarement égale à. la tension harmonique d'alimentation. il en résulte que si on ne pré voit pas une prise de mise en service et une prise de régime, le condensateur 12 ne don nera pas son rendement maximum dans les deux cas.
Il est parfois désirable de pouvoir dispo- ,#er dans le circuit d'utilisation en même temps que du courant fondamental d'un cer tain courant dont la fréquence est une harmo nique de la fréquence fondamentale. Ceci est requis spécialement si le dispositif réducteur de fréquence, alimenté par le réseau de dis tribution d'énergie, est destiné à fournir le courant d'appel dans un système télépho nique, dans ce cas l'harmonique sert à en voyer un signal audible sur la ligne de l'a bonné appelant.
Pour produire cet effet, un condensateur 20 peut être connecté en parallèle sur l'enrou lement du relais 21 comme on le montre à la fig. 1. Le condensateur 20 et l'enroulement du relais sont accordés pour présenter une im pédance élevée à la fréquence harmonique dé sirée.
Dans le cas on l'enroulement du relais 21 ne possède pas une self induction suffisante, on peut introduire une petite self 19 dans le circuit comme le montre la fig. 2. Dans ce cas, le condensateur 20 peut être connecté en parallèle sur la self 19 comme le montre la fig. 2 ou en parallèle sur la self 19 et l'enrou lement du relais 21 connectés en série.
Cependant, quand une self 19 est placée en série avec l'enroulement du relais 21, il n'est pas toujours nécessaire d'utiliser le con densateur 20. Dans la disposition représen tée à la fig. 3, ce condensateur a été supprimé, car la self 19 possède une impédance suffi sante pour provoquer l'établissement du cou rant harmonique voulu dans le circuit d'uti lisation.
Lorsqu'on désire avoir un certain nombre de courants harmoniques circulant dans le circuit d'utilisation, la modification représentée à la fig. 3 doit être préférée aux autres, car la self présente une impédance plus uniforme ou plus constante, qu'un cir cuit accordé, pour les différents courants har moniques.
On sait déjà que le transformateur 18 pro duit, entre autres, un effet stabilisateur qui permet une variation importante de la charge sans que le courant fondamental change de fréquence ou s'arrête brusquement.
Il est souvent désirable cependant de pou voir utiliser un dispositif réducteur de fré quence pour alimenter un certain nombre de récepteurs en parallèle. Dans ces conditions, un dérangement affectant l'un quelconque des récepteurs peut faire cesser brusquement le courant fondamental et provoquer des trou bles dans le fonctionnement des autres appa reils branchés sur le circuit d'utilisation.
Par exemple. si le convertisseur de fréquence est employé pour l'envoi du courant d'appel sur des lignes téléphoniques et qu'à un moment donné il vient à sonner une ligne mise à la terre ou en court-circuit, le courant fonda mental cessera brusquement et empêchera l'appel des autres lignes jusqu'à ce que le cou rant fondamental soit rétabli après que la ligne en défaut aura été déconnectée du con vertisseur.
Pour surmonter cette difficulté, une im pédance individuelle peut être connectée en série avec chaque ligne ou appareil branché sur le circuit -d'utilisation 18. Cet expédient est coûteux et requiert un espace considérable pour le montage de toutes les impédances in dividuelles qui exigent de plus des essais et des remplacements fréquents. Enfin, il y a une chute de tension appréciable dans l'impé dance individuelle et la perte d'énergie dans cet élément n'est pas négligable.
II est possible également de prévoir une seule impédance connectée en série dans le circuit d'utilisation, mais cette disposition augmente la chute de tension si on la compare à celle constatée dans la solution qui consiste à prévoir des impédances individuelles. Dans le but de réduire cette chute de tension, on peut modifier la disposition adoptée en court- circuitant l'impédance connectée en série dans le circuit d'utilisation jusqu'à ce que le cou rant atteigne une certaine valeur considérée comme critique. Une disposition convenable est montrée à la fig. 2.
Dans celle-ci l'impé dance Z est connectée dans le circuit d'utilisa tion, mais elle peut être court-circuitée par les contacts du relais 23. Le relais 23 est un relais limiteur, il n'attire pas tant que le cou rant n'atteint pas une valeur déterminée. En régime normal, l'impédance n'affecte donc pas le système, mais quand la valeur du courant débité dépasse une certaine valeur détermi née, le relais 23 attire et l'impédance Z est insérée dans le circuit d'utilisation, ce qui empêche que l'augmentation de la .charge fasse cesser le courant fondamental circulant dans le circuit résonnant.
Une autre disposition améliorant la stabi lité de ce type de réducteur de fréquence est montrée à la fig. 3. Les essais effectués ont révélé que si l'impédance connectée en série dans le circuit d'utilisation est capacitive, la stabilité du circuit est grandement améliorée sans affecter notablement la tension d'uti lisation ou la puissance dans les conditions normales de fonctionnement. Dans l'applica tion représentée à la fig. 3, le condensateur C remplit le rôle de cette impédance de sortie.
Quand la charge augmente, la capacité effec tive du transformateur 13 augmente égale ment. Ceci tend à augmenter la tension du courant fondamental circulant dans le circuit résonnant et en même temps à augmenter la stabilité du circuit lorsque la charge varie dans le circuit d'utilisation.
Le tableau donné ci-dessous fait ressortir clairement la différence entre les résultats obtenus sans et avec condensateur. Dans le cas considéré la source 10 fournissait du cou rant alternatif à 60 périodes par seconde sous <B>115</B> volts et le courant fondamental était à 20 périodes par seconde. Le condensateur avait une capacité de. 50 mfd, il était du type électrolytique bien que des condensateurs d'autres types puissent convenir également.
On peut voir que sans le condensateur C dans le circuit d'utilisation, le courant fon damental ou courant à 20 périodes par se conde cesse brusquement quand la résistance du circuit d'utilisation tombe en dessous de 290 ohms. Avec un- condensateur de 50 mfd intercalé dans le circuit d'utilisation du même dispositif et dans les mêmes conditions il a été possible de réduire la résistance du circuit d'utilisation en principe jusqu'à 0 ohm sans faire cesser le courant à 20 pé riodes par seconde.
De plus, pour un débit de 15 watts, la tension aux bornes du circuit d'utilisation n'est plus faible que de 2 ou 3 volts lorsqu'on emploie un condensateur ou qu'on n'en emploie pas. On doit noter égale ment que si la charge descend en dessous de la valeur qui vient d'être considérée, la tension aux bornes de l'enroulement 14 augmente. Ceci montre clairement l'action de compoun- dage d'un condensateur connecté en série dans le circuit d'utilisation.
EMI0006.0001
Résistance <SEP> de <SEP> la <SEP> Tension <SEP> h <SEP> 20 <SEP> p. <SEP> p. <SEP> s. <SEP> Tension <SEP> sua <SEP> bornes <SEP> Tension <SEP> sua <SEP> bornes
<tb> charge <SEP> en <SEP> ohms <SEP> aux <SEP> bornes <SEP> du <SEP> circuit <SEP> Débit <SEP> en <SEP> watts <SEP> de <SEP> l'enroulement <SEP> 14 <SEP> du <SEP> condensateur <SEP> C
<tb> d'utilisation <SEP> 18
<tb> 92 <SEP> 0 <SEP> 92 <SEP> 1700 <SEP> 91 <SEP> 4,9 <SEP> 91 <SEP> 1000 <SEP> 90 <SEP> 8,1 <SEP> 90 <SEP> 750 <SEP> 89 <SEP> <B>1</B>0,6 <SEP> 89 <SEP> 500 <SEP> 87 <SEP> 15,2 <SEP> 87 <SEP> 350 <SEP> 84 <SEP> 20,2 <SEP> 84 <SEP> 290 <SEP> 80 <SEP> 22,1 <SEP> 80 <SEP> 285 <SEP> Le <SEP> courant <SEP> à <SEP> 20 <SEP> p. <SEP> p. <SEP> s.
<SEP> cesse <SEP> brusquement
<tb> 92 <SEP> 0 <SEP> 92 <SEP> 0
<tb> 1700 <SEP> 91 <SEP> 4,9 <SEP> 91 <SEP> 1
<tb> 1000 <SEP> 89 <SEP> 8,9 <SEP> 91 <SEP> 10
<tb> 750 <SEP> 88 <SEP> 10,4 <SEP> 90 <SEP> 15
<tb> 500 <SEP> 85 <SEP> 14,5 <SEP> 89 <SEP> 25
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<tb> 50 <SEP> 30 <SEP> 18,0 <SEP> 93 <SEP> 85
<tb> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 99 <SEP> 99