Installation de commande à distance sur un réseau triphasé. La présente invention a pour objet une installation de commande à distance sur un réseau triphasé permettant de commander d'un point central - cabine de transforma tion ou station centrale - des relais spé ciaux branchés sur le réseau triphasé, auprès des abonnés.
La commande est transmise aux différents relais, sans ligne auxiliaire ou fil pilote, mais sur les conducteurs mêmes du triphasé, et ne donne lieu à aucune perturbation dans les ap pareils d'utilisation, tels que moteurs, lampes, etc., alimentés par la ligne même.
Une forme d'exécution et des variantes de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemple, au dessin annexé, dans lequel: les fig. 1 et 2 montrent des schémas de connexion d'un relais récepteur biphasé; les fig. 3 et 4 sont des diagrammes- vecteurs des tensions; les fig. 5 et 6 montrent des schémas d'un relais triphasé.
Les relais récepteurs B (fig. 1 et 2) sont des relais à induction, semblables au groupe moteur des compteurs monophasés. Deux bo bines identiques entre elles B2 et B3 sont alimentées chacune par une des tensions du triphasé (respectivement phases 2 et 3).
Une capacité C, en série avec la bobine Bg, a pour effet de produire une avance de<B>60'</B> du cou rant qui traverse la bobine, .de sorte que ce courant se trouve en avance de 60 -+- 120 =<B>180</B> sur le courant en B, Les flux al ternatifs des deux bobines seront donc en phase ou en opposition de phase entre eux, d'après le sens qu'auront leurs enroulements, l'un par rapport à l'autre.
'Un disque D, qui peut tourner librement sur pivot, est traversé par les flux des deux bobines et soumis par cela même à l'action d'un couple moteur, dont la valeur est pro portionnelle au sinus de l'angle qui mesure le décalage des flux. Puisque, dans le cas pré sent, ce décalage est nul, il n'y aura pas de couple appliqué au disque, qui reste alors immobile dans la position de repos où il se trouve d'ordinaire rappelé par un petit res sort antagoniste ou par un contrepoids.
On peut par contre provoquer la rotation du disque D. au moyen du décalage d'une des tensions 2 ou 3, de cette dernière, par exem ple 1' étant l'angle de décalage, le disque sera soumis à un couple moteur proportion nel à sin '1P et pourra provoquer par son mouvement le fonctionnement d'un circuit quelconque auprès de l'abonné (relais à im pulsions, interrupteur oscillant à mercure, etc.).
Le travail moteur qui est requis pour la fermeture d'un léger contact étant assez petit, les relais d'abonné pourront, dans la pratique, avoir des dimensions très réduites et fonction ner avec de petits décalages de la tension, par exemple ![,' = 15 .
Ce décalage d'une des trois tensions ob tenu par les moyens qu'on décrira ci-après, et qui ne dure que le temps, très court, néces- saire pour provoquer le fonctionnement des relais, ne cause évidemment pas de dérange ments appréciables sur le réseau.
On peut obtenir d'une façon assez simple la rotation P du vecteur de f. e. m. E, de la phase 3 en introduisant en série sur cette phase une bobine de self I. (fig. 1).
Soit E; la tension inductive. E'3 la ten sion résultante de phase. dans une ligne dé pourvue de self; on sait que E; = E;; sin<B>!F</B> E., = E, cos #U d'où on déduit la valeur de l'inductance qu'il faudra insérer pour obtenir une rotation P de la. tension de phase, et .la valeur de la tension résultante. Si l'on suppose P = 15 , on trouve que la tension self-inductive dans la bobine L atteint le 26 % de la tension de phase. tandis que cette dernière tombe de 3.4% au-dessous de sa valeur normale.
Si le réseau a une charge inductive, l'in ductance à appliquer croît, pour un même angle<B>!If</B>, tandis que décroît la valeur de ten sion résultante. Le diagramme des tensions de la fi-. 3 s'applique au cas d'une ligne à facteur de puissance = 0,8; 9#, = 37 .
On trouve que, pour produire une rotation de 15 de la tension E3, la tension inductive Ej doit avoir une valeur égale au 31 % de la tension principale E, et la tension résultante E'3 n'est plus de ce fait que le 80 % de E3.
La bobine L (fig. 1) est insérée sur la phase 3 en aval du transformateur et nor malement court-circuitée au moyen de l'inter rupteur N, qui ne sera ouvert que pour la durée du temps nécessaire au fonctionnement des relais récepteurs sur le réseau.
Lorsque le facteur de puissance de ce der nier décroît, le poids de L augmente encore et la perte de tension en ligne augmente en conséquence, au point qu'elle peut devenir nuisible au fonctionnement du réseau.
Pour le cas de charges en ligne fortement inductives, on préfère appliquer le dispositif de déphasage dont la fig. 2 reproduit un schéma, dans lequel la rotation P de la ten sion de phase E; est obtenue en appliquant sur la phase 3 une tension adjointe, en qua drature avec la tension principale E;,, de la façon suivante: Trois bobines V,<I>T'a,</I> y'b sont enroulées sur un noyau de transformateur monophasé;
une d'elles, P, est insérée à l'origine de la phase 3, tandis que les deux autres,<I>Ira</I> et T'b, sont dérivées entre les phases 2, 1 et la phase 3, et alimentées à travers l'interrupteur a-b. Les enroulements T'a. 1'b sont de sens oppose par rapport à leur origine commune 0.
De tout cela., il résulte le diagramme des tensions de la fig. 4, dans lequel e est la f. e. m. résultante induite par les deux enrou lements primaires T'a. 1'b, en quadrature avec la tension E3, de sorte qu'elle donne lieu à une tension résultante E'3 dans la phase 3, qui est décalée d'un angle P par rapport à la. tension de phase E.. On a alors:
e = E3 tg T
EMI0002.0071
et dans le cas de<B>!F</B> = 15 e = 0,27 E3 E'3 = 1,034 E3 Pour annuler la tension adjointe e et re- porter la ligne 3 dans les conditions normales, on reportera les leviers interrupteurs a et b des contacts K,, Kv sur Kr" Ko, de façon à court-circuiter l'enroulement inducteur Va, Vb;
la self induction de la bobine V est alors de ce fait pratiquement annulée et celle-ci reste insérée dans la phase 3. On peut toute fois l'exclure aussi de la ligne, en la court- circuitant à son tour au moyen d'un troi sième levier de l'interrupteur.
On peut appliquer le transformateur ad joint V,<I>Va,</I> Vb sur le circuit primaire de la cabine de transformation au lieu de l'appli quer sur le secondaire comme on l'a supposé dans la fig. 2.
<I>Possibilité de</I> fonctionnement <I>de</I> commandes <I>multiples.</I> On peut remarquer que, dans le dia gramme de fig. 4, l'angle de décalage il' in dique que la tension résultante E'3 retarde par rapport à la tension normale de phase E3. Si, par contre, on inverse le sens du vec teur e, E'3 sera en avance du même angle P sur E3.
Le changement de signe de #U produit l'inversion du couple moteur sur le disque D du relais récepteur, qui tournera alors en sens contraire. Il résulte de cela la possibilité de transmettre de la cabine à un même relais deux commandes inverses.
L'inversion de la f. e. m. adjointe e s'ob tient par la simple commutation des extré mités des enroulements<I>Va</I> et Vb par rapport aux tensions d'alimentation des phases 2 et 1, car, de cette façon, les deux flux inducteurs se trouvent inversés en même temps. On por tera, pour cela., les deux leviers a et b sur les contacts K'z et K,, dans la position indi quée par le pointillé dans la fig. 2.
Si, enfin, on considère que le dispositif central de déphasage de tension indiqué dans cette même figure, peut être appliqué séparé ment à chacune des trois phases, et que sur chaque phase on obtient deux commandes dif férentes, on en déduit la possibilité de trans mettre d'un même point central, sur un réseau triphasé, six- commandes distinctes à six: groupes indépendants de relais récepteurs d'abonné.
En supposant que le .disque (ou fraction de disque) D, qui, -dans le relais, reçoit l'impulsion, soit doué d'une position fixe de repos due à sa forme pendulaire ou bien à l'action d'un ressort antagoniste, il tournera, pour chaque impulsion reçue à travers la ligne, d'un certain angle - soit à droite, soit à gauche, d'après le sens dans lequel l'inter rupteur<I>a, b</I> de cabine (fig. 2) est manoeuvré - et restera ainsi dans la position qu'il aura atteinte jusqu'à ce que ce dernier ait été ra mené dans sa position neutre.
Si, par contre, la pièce D se trouve suspen due libre d'osciller, tel qu'un pendule ren versé entre deux points fixes de part et d'au tre de .la verticale passant par son point < le suspension, elle aura deux diverses positions d'équilibre, en appuyant sur l'un ou sur l'au tre des points d'arrêt. Ce qui fait que, lors qu'on ferme, dans la cabine, le dispositif de déphasage de la tension, la pièce mobile D se place dans l'une ou l'autre .de ces deux posi tions (suivant le sens de la manoeuvre cen trale), et y reste d'une façon stable après la cessation de la manoeuvre de commande.
La position de repos de la pièce D est donc toujours déterminée par le sens de la commande lancée sur le .réseau du poste cen tral, cette dernière pouvant d'ailleurs avoir une durée très courte.
On peut coupler D avec un interrupteur de courant faisant partie .d'un circuit quel conque d'abonné, de sorte que dans .les deux positions de repos de la pièce oscillante, celle- ci produise tour à tour l'ouverture et la fer meture du circuit; ces deux manoeuvres sur place du circuit d'abonné seront alors com mandées du poste central, -et à chacune d'elles correspondra toujours une même man#uvre de l'interrupteur de .déphasage dans- la cabine qui alimente le réseau sur lequel sont bran chés les relais commandés.
On obtient le couplage disque-interrup- teur, dans le relais, en fixant sur la pièce D une petite .ampoule contenant un contact. au mercure, inséré sur le circuit d'abonné qu'il <I>s'agit</I> de commander. L'oscillation de la pièce D produit la fermeture ou la rupture du contact à mercure.
Les compagnies d'électricité pourront, par ces moyens, limiter la distribution du cou rant dans certains cas aux heures qui per mettent une réduction du tarif ordinaire, ou même commander par l'entremise d'électros actionnés par les relais récepteurs, les Phan- gements horaires de tarif dans les compteurs actuellement commandés par des mouvements d'horlogerie, ce qui donnerait lieu, par rap port à ce dernier système, à des avantages de sécurité et régularité de fonctionnement, et de diminution des frais d'installation et d'en tretien.
L'installation de commande centrale pourra également être employé par les com pagnies d'électricité dans le but de contrôler les lignes d'abonnés, dans lesquelles un tarif plus élevé est appliqué pour l'éclairage par rapport aux autres utilisations du courant. En provoquant des brèves interruptions pério- diques dans le circuit d'abonné qui n'est pas destiné à l'éclairage,
il sera facile de déceler les cas où ce dernier est abusivement dérivé sur le circuit à plus bas tarif, car la tentative de fraude serait signalée par les intermit tences périodiques de la lumière.
D'autre part, l'installation de commande centrale décrite peut aussi avoir une appli cation plus générale que celles dont on vient de parler, et consistant dans l'envoi à travers le réseau de signalisations, sans l'emploi de lignes auxiliaires, à tout moment et à tout abonné. Ces signaux, qui peuvent être aussi bien optiques qu'acoustiques, pourront être engendrés au moyen de la fermeture ainsi qu'il a été dit plus haut, de circuits, sonores ou lumineux, auprès de chaque abonné, par la manoeuvre de commande centrale.
La signalisation peut être permanente ou bien intermittente., ce qui s'obtient aisément. par des mouvements successifs de l'interrup teur du dispositif central, dont chaque posi tion correspond à un mouvement de sens dé terminé du relais d'abonné; cela permet aussi la transmission de signaux conventionnels.
Dans les relais où la pièce mobile se trouve normalement dans une position moyenne neutre, on peut faire correspondre à chacune des deux positions extrêmes un signal diffé rent, soit lumineux ou sonore, de façon à pou voir commander l'un ou l'autre, séparément, du poste central.
La signalisation pourra aussi être donnée par transmission sans fil, il suffira de com mander, au moment de la radio-transmission, l'alimentation d'un appareil récepteur installé auprès de l'abonné, au moyen du relais à commande centrale. La même commande pourra être également appliquée à un ampli ficateur téléphonique installé sur la ligne té léphonique d'abonné, qui serait inséré et mis en action du poste central au moment voulu.
On pourra de la sorte relier un poste émet teur central à transmission téléphonique ou sans fil, avec un nombre quelconque d'a bonnés, sans qu'il soit nécessaire pour cela ni l'emploi de lignes supplémentaires, ni l'ali mentation en permanence des appareils radio récepteurs ou des amplifications.
Relais <I>récepteur</I> modifié Si dans le schéma de fig. 2, on applique successivement, par les mêmes moyens déjà indiqués pour la phase 3, le décalage de phase à une des deux autres tensions de ligne, on pourra commander par là un deuxième groupe de relais d'abonnés, indépendamment du pre mier.
On pourra ainsi disposer de deux groupes séparés de doubles commandes sur le même réseau triphasé. On ne peut pas, toute fois, appliquer ce genre de commande à la troisième phase, car un décalage de celle-ci provoquerait le fonctionnement simultané de deux groupes de relais.
Dans le but d'utiliser les trois phases, chacune pour une commande indépendante, le relais biphasé à disque peut être remplacé par un relaie triphasé, dont les fig. 5 et 6 mon trent les schémas.
Celui-ci comprend trois bobines biphasées sur noyaux feuilletés, A, R, C, chaque bobine étant alimentée par deux phases de l'instal- lation, suivant- le schéma de la fig. 6. Dans ces conditions; le flux résultant dans chaque bobine est composé des deux flux des phases, décalés de 120 entre eux, et égal en inten sité pour les trois bobines. Dès que la rota tion d'une des tensions se produit, les trois flux résultants ne sont plus égaux.
Tandis que le flux ne varie pas dans une des bobines, alimentée par les deux tensions dont la phase n'a pas varié, il augmentera. dans celle où le décalage des courants devient 120 - #U et diminuera dans la troisième où le décalage est 120 -I- Y.
En supposant que la rotation + P soit appliquée à .la phase 2, il en résultera un flux < $ dans la bobine A, et > 0 dans la bobine B, en indiquant par 0 le flux d'intensité nor male qui circule dans la bobine C. D'une ma nière analogue, pour une rotation - P de la tension E,,, le flux qui s'établira dans A sera > 0 et < $ dans B.
Les électros <I>A, B,</I> C sont à circuit magné tique bifurqué, et double système de pôles, ceux-ci sont partiellement recouverts par des anneaux de court-circuit, de façon à engen drer des couples d'induction électromagnéti que sur deux secteurs métalliques D et E, montés sur pivots 0 et '0, et traversés par les flux des bobines<I>A, B, C.</I>
Le sens de ces couples est indiqué par les flèches pour chaque pôle. On voit (fig. 5) que les couples produits par<I>A</I> et<I>B</I> sont antago nistes en ce qui concerne le secteur D, tan dis qu'ils s'ajoutent sur le secteur E. La somme des couples induits sur ce même sec teur par la troisième bobine C est de sens opposé à la somme cl-es deux précédentes.
Dans ces conditions, on voit que, tant que subsiste l'équilibre des phases, le couple ré sultant agissant sur chacun des secteurs est nul, tandis que dans le cas considéré de la ro tation d'une des tensions, EZ, il se produit un couple moteur résultant sur la pièce D, qui basculera dans un sens ou dans l'autre, sui vant le signe de l'angle de décalage. En ce qui concerne le secteur mobile E, il ne sera sollicité car, si les couples dus à l'électro C n'ont pas varié, la somme des couples engen- drés par A et par B. l'un desquels a aug menté, tandis que l'autre a diminué, n'a pra tiquement pas varié non plus.
La pièce E restera donc immobile dans la position de re pos indiquée par la fig. 5. Si elle déviait à droite ou à gauche de cette position, elle vien drait à bloquer, par l'entremise de la petite fourche F, le mouvement de la pièce os cillante D.
Or, c'est précisément ce qui se produit si, au lieu de la phase 1, on fait tourner de l'angle YF une quelconque des deux autres phases 2 et 3. Dans ces cas, en effet, la pièce E devient le siège d'un couple moteur résul tant qui empêche, quel que soit son sens, tout mouvement de D. C'est cette dernière pièce qui provoque l'ouverture ou .la fermeture du circuit local qu'on veut commander du poste central. Dans le cas le plus simple, -elle porte un contact au mercure dans une petite am poule fixée sur son axe et basculant avec elle.
Il résulte de ce qui précède que le relais montré à la fig. 5 ne peut fonctionner que par la rotation d'une seule des phases d'alimenta tion (2 dans le cas de la figure), tandis qu'il se bloque automatiquement en cas de rotation des deux autres. On peut donc faire fonction ner un relais pour chacune des trois phases indépendamment des deux autres, et réaliser ainsi trois doubles commandes .du poste cen tral d'alimentation du réseau triphasé.
Dans ce cas, le circuit de manoeuvre ajouté à la centrale pour. le décalage de tension de phase pourra être triplé et on emploiera avan tageusement un transformateur triphasé or dinaire, dont chaque enroulement de basse tension est inséré dans une des phases, tandis que l'enroulement de haute pression est con necté par l'entremise d'interrupteurs, entre les deux autres phases.
On peut enfin prévoir un fonctionnement spécial -du générateur de la tension adjointe en quadrature, tel que celui-ci se trouve en core notablement réduit dans son poids.
Si, en effet, au lieu de provoquer un dé calage P sur une des phases, on fait tourner simultanément d'un angle
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les trois tensions; dont deux dans le même sens et la troisième en sens inverse, le diagramme des trois ten sions est identique à celui que l'on obtient par la rotation W d'une seule phase. Les re lais commandés fonctionneront également.
Mais, dans ce cas, la tension e, qui doit être adjointe en quadrature sur chaque phase E sera
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donc considérablement inférieure à celle qu'il faudrait appliquer pour la rotation !1f d'une seule phase.
On peut résumer comme suit .les caracté ristiques essentielles de l'installation de triple commande central qu'on vient de décrire: A) Son fonctionnement dépend d'une mo dification particulière de l'équilibre des ten sions, qui ne peut se produire qu'après inter vention aux points d'alimentation du réseau, en dehors de laquelle aucune cause acciden telle ne peut provoquer le fonctionnement des relais.
B) Cette modification d'équilibre peut être produite sur le réseau d'utilisation, en agis sant sur les circuits de haute tension, ce qui permet de centraliser les commandes dans les cabines principales.
C) La manaeuvre au point central d'ali mentation a lieu sur des circuits auxiliaires, et la .ligne principale ne se trouve jamais in terrompue.
D) La rotation de phase requise pour le fonctionnement des relais ne produit pas de perturbations sensibles sur le réseau, même pour les moteurs à champ tournant.
E) Chaque commande transmise peut être inversée et son sens étant déterminé par la position du commutateur de cabine peut être toujours sûrement contrôlé.
F) Parmi les applications prévues du sys tème de commande centrale, on peut mention ner, en dehors de la signalisation en cas d'a lerte, les changements quotidiens de tarif dans les compteurs industriels suivant les heures d'utilisation du courant, l'interruption d'un circuit d'abonné pour appareils de chauf fage par accumulation dans les heures de forte charge de ligne, la distribution d'éner gie électrique à forfait limitée à certaines heures de la journée,
la lecture simultanée des compteurs dans toutes les cabines secondaires du réseau, etc.