Régulateur de tension à tubes électroniques pour générateur électrique à basse tension. Dans les derniers temps, on a beaucoup développé les régulateurs de tension à tubes électroniques pour les machines électriques, car ils permettent d'atteindre une grande précision et rapidité de réglage. Ces régula teurs ont .été appliqués aux générateurs élec triques donnant des tensions dépassant 100 V.
La présente invention a pour objet un régulateur de tension à tubes électroniques pour générateur électrique à basse tension (inférieure à 100 V). Ce régulateur est ca ractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour mettre en évidence les variations de la tension du générateur, des moyens pour am plifier lesdites variations et un groupe de tubes électroniques régulateurs agissant sur le champ d'excitation du générateur, champ dû, au moins en partie, à un courant dont la tension est plus élevée que la basse tension du générateur, celui-ci comportant des moyens pour fournir en plus du courant à basse ten sion requis, au moins un courant à tension plus élevée pour alimenter au moins le groupe des tubes régulateurs.
Les fig. 1 à 7 du dessin annexé repré sentent schématiquement, à titre d'exemples, plusieurs formes d'exécution du régulateur faisant l'objet de la présente invention.
Dans tous ces schémas, on a d'une façon générale un premier tube électronique V <I>p</I> (dé nommé ensuite "tube pilote") fonctionnant comme amplificateur à courant continu, des petites variations survenant dans la tension du générateur à régler. On a également un groupe de tubes régulateurs TVr destinés à faire varier le courant dans l'enroulement inducteur du générateur de manière à en maintenir cons tante la tension, quelles que soient les causes des variations (variations du nombre de tours, variations de la charge, etc.).
Par ailleurs, le générateur à régler est conformé de telle façon qu'il fournisse, d'une part, la basse tension requise et, d'autre part, les courants nécessaires à l'alimentation ano dique du tube pilote et des tubes régulateurs. Dans les schémas de principes selon les fig. 1 et ?, le tube pilote Vp qui doit fonc tionner comme amplificateur à courant con tinu, prévoit une alimentation anodique sépa rée de l'alimentation des tubes régulateurs.
Ceci permet d'éviter l'emploi des batteries de piles sèches qui sont lourdes et encombrantes pour de petits générateurs, et qui seraient né cessaires dans le cas de l'alimentation en com mun du tube pilote et des tubes régulateurs.
Pour le réglage du champ d'excitation du générateur, effectue en utilisant la variation de conductivité des tubes électroniques régi1- la.teurs, il est nécessaire que les enroulements d'excitation soient alimentés, au moins par tiellement, par un courant dont la tension est plus élevée que celle requise au générateur.
Pour satisfaire à ces conditions on a., dans le cas de la fig. 1, un générateur dont l'in duit comporte un collecteur à basse tension BT destiné à livrer le courant requis et un collecteur à. tension plus élevée<I>AT,</I> par exemple à. 200-400 V, destiné à exciter le générateur et à alimenter les tubes électro niques régulateurs. Le même générateur com prend, en outre, un enroulement Af disposé dans les épanouissements polaires de l'induc teur.
Cet enroulement Af engendre un cou rant alternatif qui, redressé, est utilisé pour l'alimentation anodique séparée du tube pi lote T'p d'amplification préalable.
Suivant la disposition de la fi". 2, le générateur comporte avec le collecteur à basse tension BT deux bagues Ar reliées à ce col lecteur. Ces bagues permettent de prendre un courant alternatif qui, moyennant un transformateur élévateur T à deux enroule ments secondaires et des redresseurs appro priés, donne séparément les tensions ano diques nécessaires pour le tube pilote T'p et pour les tubes régulateurs Vr. En outre, le champ inducteur de ce générateur est .en gendré dans deux enroulements séparés;
un enroulement Ib est branché en dérivation sur le collecteur à basse tension, et un autre en roulement<I>la</I> séparé, est alimenté par du cou rant à. tension élevée par l'intermédiaire des tubes régulateurs Vr. L'enroulement Ia peut être monté en concordance, ou en opposition par rapport à l'enroulement Ib. Dans le pre mier cas, l'enroulement Ib est calculé de telle manière qu'il assure la tension requise en correspondance avec la vitesse maximum de rotation du générateur.
Lorsque le nombre de tours diminue, l'excitation doit être aug mentée pour rétablir la tension à la valeur requise, ce qui est obtenu par l'intermédiaire de l'enroulement<I>la.</I> Dans le second cas, l'en roulement Ib à basse tension est calculé de telle manière qu'il assure la tension requise en correspondance avec la vitesse minimum de rotation du générateur. A l'augmentation du nombre de tours correspond une diminu tion de l'excitation par effet de l'action dif férentielle de l'enroulement<I>la</I> à haute ten sion contrôlé par les tubes régulateurs. Cette dernière solution est en général moins bonne, puisqu'elle impose des dimensions plus grandes au générateur.
Dans les formes d'exécution des fig. 3, 4, 5a, 5b, 5c, des moyens sont prévus pour mettre en évidence les variations de la ten sion du générateur à régler, dues à une cause quelconque, et pour permettre de les ampli fier au moyen du tube pilote.
Dans le cas de la fig. 3, les variations de la tension dans le générateur à régler sont mises en évidence par comparaison avec une petite batterie de piles Bg insérée sur la grille du tube pilote T'p. La tension de cette batterie est choisie de manière qu'on peut la comparer avec la tension entière donnée par le générateur ou avec une fraction de cette tension, et à cet effet, on prévoit un potentio mètre<I>Pt</I> inséré sur la basse tension du géné rateur et dont le curseur<I>Cr</I> est connecté à la batterie.
L'amplification du tube pilote Vn est effectuée au moyen d'un montage en pont, dont une branche est constituée par l'espace cathode-anode du tube Vp et les autres trois branches par les résistances R,, B.:, B.; ayant des valeurs déterminées.
Ce pont est alimenté suivant la diagonale 1-2 par la source à haute tension prévue dans les schémas des fi g. 1 et 2 pour le tube amplificateur; l'autre diagonale du pont, aboutissant aux points C et D contient l'espace grille-cathode des tubes régulateurs Vr. Les petites variations se produisant dans la tension produite par le générateur se reportent entre l'espace cathode-grille du tube pilote Vp, et se re trouvent, amplifiées entre les points<I>C et D</I> du pont, en déterminant des variations cor respondantes dans la conductivité des tubes régulateurs Vr.
Dans la disposition suivant la fig. 4, les variations de la tension dans le générateur sont mises en évidence au moyen d'un mon tage en. pont Bh, <I>B12, B13,</I><B>fil,,,</B> constitué par des résistances autorégulatrices Bl, et B13 de charge disposées sur deux côtés opposés du pont et par des résistances à coefficient de température nul disposées sur les deux autres côtés.
Ce pont est alimenté suivant la diago nale m-n par le collecteur BT du généra teur, et il est réglé de telle manière qu'à la valeur normale de la tension du générateur corresponde la différence de potentiel entre les points A-B de l'autre diagonale qui a une valeur voulue, par exemple zéro, ou une autre valeur fixée d'avance.
De petites varia tions dans la tension du générateur par rap port à la tension normale se manifestent inté gralement entre les points A-B du pont et se reportent entre la grille et la cathode du tube pilote Vp, de telle manière que ces va riations se manifestent considérablement am plifiées entre les points C-D du pont R1, R2, R3, Vp, contenant le tube pilote Vp.
Dans le dispositif suivant la fig. 5a, les variations de la tension du générateur agissent sur le tube pilote Vp, par intermit tence, au moyen d'un vibrateur S. Pour bien en comprendre le fonctionnement, on peut supposer que le courant circulant dans la bobine S du vibrateur et correspondant à la tension minimum donnée par le générateur, ne soit pas suffisant pour séparer les con tacts C,, Cz de vibrateur.
La grille et la ca thode du tube pilote Vp sont alors au même potentiel et l'équilibre du pont R1, Rz, R3, Vp est réalisé de telle manière qu'entre ses points C-D on ait une différence de poten tiel suffisante pour porter la conductivité des tubes régulateurs Vr à la valeur nécessaire pour faire circuler dans l'enroulement du champ inducteur du générateur le courant maximum possible.
Si la tension du généra teur augmente, les contacts C,, C2 se séparent et la grille du tube pilote Yp est négative par rapport à sa cathode. La différence de potentiel entre les points C-D du pont dé terminant une variation dans la conductivité des tubes électroniques Vr aura alors une autre valeur donnant lieu à une diminution de courant dans l'enroulement inducteur du générateur et par conséquent une diminution dans la tension qu'il donne.
Cette diminution provoque la fermeture des contacts Cl, C2. Par conséquent, ces contacts, qui sont tou jours fermés pour une valeur de la tension correspondant au minimum de la tension de mandée au générateur, se séparent périodi quement pendant des temps d'autant plus grands que l'augmentation de la tension qui se détermine dans le générateur est grande.
La fig. 5b diffère de la précédente en ce que le fonctionnement des contacts est in versé, ceux-ci restant écartés lorsque la ten- sion est basse et se fermant pendant des temps croissant avec l'augmentation de la tension du générateur.
On remarque que le fonctionnement dé crit du réglage à vibrateur présente de grands avantages sur les systèmes où le vibrateur contrôle directement le champ inducteur de la machine. Dans le cas des fig. 5a et 5b, le courant qui traverse les contacts C,, C2 peut être réglé à volonté à une fraction de milliampère en proportionnant de façon judi cieuse les résistances Pt,, et Pte.
En outre, avec ce montage, on pourrait même supprimer le- tube pilote Vp et relier directement les points p-q à la cathode et aux grilles des tubes régulateurs Vr; en effet, les variations de la tension qu'on peut obtenir au moyen du vibrateur peuvent atteindre des valeurs très élevées, peu inférieures à la variation présentée par le générateur lui-même;
ces variations pourront aussi être amplifiées au moyen d'une petite batterie Bg comme cela est représentée à la fig. 5c. Les fi--. 6 et 7 représentent des formes d'exécution dans lesquelles les tubes régula teurs sont branchés de façon particulière par rapport à, l'enroulement d'excitation du géné rateur, et dans lesquelles des moyens sont prévus pour assurer le réglage pendant le dé marrage du générateur.
Dans la fig. 6, les tubes régulateurs Vr sont montés en dérivation sur l'enroulement d'excitation à, haute tension du générateur et ils sont alimentés par la source à haute ten sion, pouvant être soit le collecteur ù tension élevée prévu à. la fig. 1, comme c'est le cas ici, soit le redresseur alimenté par les bagues Ar- prévus dans le générateur suivant la fi-. 2. Le fonctionnement des tubes régula teurs est le suivant: si le générateur fournit la tension minimum requise, les grilles des tubes régulateurs Vr se trouvent à un poten tiel très négatif par rapport aux cathodes et par conséquent leur conductivité est presque nulle.
Dans ces conditions, on peut considérer le circuit externe du générateur à haute tension exclusivement constitué par la résistance Rc qui est en série avec l'enrou lement inducteur Ia parcouru par le courant maximum.
Si la tension du générateur augmente, les grilles des tubes régulateurs Trr, par effet de l'action du tube pilote Vp, deviennent moins négatives par rapport aux cathodes et les tubes présentent alors une certaine conducti vité, croissant avec l'augmentation de la ten sion dudit générateur. La résistance consti tuée par l'espace anode-cathode des tubes ré gulateurs Vr- et dont la valeur est d'autant plus réduite que l'augmentation de la tension du générateur est plus grande, se trouve être, dans ce cas, en dérivation sur l'enroulement d'excitation.
Le circuit extérieur de la source à, haute tension présente également dans ce cas une résistance moins grande et en admet tant une augmentation du courant de circula tion, la chute de tension dans la résistance Re augmente alors et la tension aux bornes de l'enroulement inducteur diminue. Si, à titre d'exemple, on considère le cas où la résistance de l'enroulement inducteur a la valeur de 2000 ohms, la résistance Rc de 1000 ohms et ot la source à haute tension donne 300 V, on peut réaliser les conditions suivantes: Si la conductivité des tubes Vr est annu lée par l'action du tube Vp, l'enroulement d'excitation sera alimenté à 200 V et par couru par un courant de 100 milliampères.
Si, par l'augmentation de la tension du géné rateur, les tubes régulateurs présentent une certaine conductivité, de telle sorte que, par exemple, leur ensemble présente une résis tance de 2000 ohms, la résistance exté rieure ne sera alors plus de 1000 -I- 2000 = 3000 ohms comme précédemment, mais elle sera réduite à 1000 -E- 2000J22 = 2000 ohms. Si la tension d'alimentation reste à. peu près constante, le courant circulant aura la valeur de 150 milliampères et dans la résistance Bc on aura augmentation de chute de tension de 100 à 150 V.
Cette augmentation de la. chute de tension agira dans l'enroulement d'excita tion et partant le courant circulant ne sera plus que de 75 milliampères.
La résistance Bc de la fig. 6 pourra être avantageusement remplacée par une résis tance autorégulatrice de charge calculée de telle manière qu'elle laisse passer un courant maximum correspondant à la valeur du cou rant d'excitation nécessaire pour obtenir la tension voulue pour un nombre minimum de tours du générateur.
La forme d'exécution selon la fig. 6 com prend, en outre, un dispositif de réglage sup plémentaire à vibrateur S contrôlant directe ment la, résistance de champ Rt, ce disposi tif étant réglé pour une tension quelque peu supérieure à celle maximum que le généra teur doit donner. Ce régulateur supplémen taire a pour but d'assurer le fonctionnement du générateur soit au démarrage, pendant le temps nécessaire au réchauffement des tubes électroniques (spécialement s'ils sont du type à chauffage indirect), soit également dans le cas où un élément quelconque du circuit de réglage à tubes électroniques aurait un<B>dé-</B> faut.
La forme d'exécution représentée à la fig. 6 comprend l'ensemble des éléments de réglage dans le cas où on utilise un généra teur selon la fig. 1, avec le montage du tube pilote selon la fig. 3 et un montage des tubes régulateurs en parallèle.
Dans la forme d'exécution selon la fig. 7, les tubes régulateurs Vr ne sont pas en parallèle sur l'enroulement d'excitation du générateur, mais en série. Pour rendre alors possible le fonctionnement pendant la mise en marche du générateur, lorsque les tubes Yr ont les filaments froids et présentent une résistance infinie, on monte en parallèle avec les tubes Vr une branche Ps contenant en série deux contacts Cl et C2 commandés par une bobine Sl et une résistance Rv combi née avec un vibrateur 82.
Avec ce montage, lorsque la tension du générateur est nulle ou très réduite, les contacts C, et C2 et les contacts C3 et C4 sont fermés par les ressorts antagonistes et les tubes Vr sont par consé quent court-circuités.
Au fur et à mesure que la tension augmente en restant inférieure à la valeur minimum normale requise, les contacts <I>C, et</I> Cz restent fermés, et les contacts C3 et C4 sont fermés ou ouverts suivant la valeur de la tension; le vibrateur S. sera réglé de manière à assurer une tension presque cons tante à une valeur quelque peu moindre que la tension requise du générateur.
Lorsque la tension atteint la valeur minimum nor male, les contacts C, et CZ s'ouvrent et les tubes régulateurs Vr et TVp qui se sont entre temps chauffés entrent alors en action.
Dans le cas de la fig. 7, le vibrateur supplémentaire SZ doit être réglé suivant une tension inférieure, par exemple de<B>10%</B> par rapport à la tension minimum requise au générateur.
Le régulateur décrit trouve de nom breuses applications, par exemple en aéronau tique, automobilisme ou traction sur les che mins de fer.