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Installation comprenant deux sources de courant alternatif et un interrupteur pour leur mise en parallèle La présente invention a pour objet une installation comprenant deux sources de courant alternatif et un interrupteur pour leur mise en parallèle, cet interrupteur étant commandé par une bobine destinée à le fermer lorsque le régime de fonctionnement des deux sources de courant s'approche du synchronisme.
En vue d'empêcher des détériorations à l'installation électrique, on doit fermer ledit interrupteur à un instant où les fréquences des tensions alternatives sont sensiblement égales et où la différence de--phase entre les tensions est sensiblement nulle. Il faut de même que les amplitudes des tensions alternatives soient égales lorsque les sources sont mises en parallèle. Certaines installations connues de ce genre sont particulièrement bien adaptées pour la mise en parallèle de génératrices débitant des courants très intenses.
Dans les installations électriques de puissance plus faible montées à bord des avions, il n'y a pas lieu de commuter des courants alternatifs très intenses, mais une installation pour la mise en parallèle de sources de courant destinée à être montée à bord d'un avion doit toujours être simple et de poids réduit.
Certaines installations de types connus comprennent des chaînes de relais électro- magnétiques de verrouillage. Ces installations nécessitent généralement plusieurs millisecon- des pour la manoeuvre de chaque relais, et une chaîne de verrouillage exige, jusqu'à ce que l'interrupteur soit fermé, une période de temps qui est de l'ordre d'une période du courant alternatif à 60 périodes par seconde. Cette période de temps peut varier avec la durée d'emploi ou l'âge des éléments de l'installation, et c'est pourquoi il est difficile de fermer l'interrupteur à l'instant exact auquel les sources travaillent en synchronisme lorsqu'on utilise des chaînes de relais de verrouillage.
D'autres installations connues comprennent des tubes à vide, qui exigent un entretien et demandent à être remplacés de temps en temps.
Un but de la présente invention est de. réaliser une installation pour la mise en parallèle de deux sources de courant alternatif qui soit simple, peu coûteuse et de poids réduit, et qui soit susceptible de fermer automatiquement ledit interrupteur lorsque les fréquences de tensions alternatives fournies par les sources de courant sont sensiblement égales, que la différence de phase entre ces tensions est sensiblement nulle. L'installation selon l'invention n'exige ni chaînes de relais électromagnétiques de verrouillage, ni tubes électroniques,
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et est particulièrement bien adaptée pour être utilisée à bord des avions.
L'installation selon l'invention est caractérisée en ce que ladite bobine de commande de l'interrupteur est alimentée, par l'intermé- diaire d'au moins un redresseur, en courant unidirectionnel engendré par la superposition de deux tensions fournies respectivement par chacune desdites sources de courant et d6pha- sées de 1800 lorsque ces sources travaillent en synchronisme,
de sorte que la tension entre les extrémités de ladite bobine est fonction des- dites tensions fournies par les deux sources de courant et présente une fréquence de battement déterminée par la différence entre les fréquences de ces dernières tensions lorsque les deux sources ne travaillent pas en synchronisme, et en ce qu'elle comprend en outre des moyens sensibles à ladite fréquence de battement et influençant le courant unidirectionnel à travers ladite bobine de telle sorte que, lorsque cette fréquence tombe au-dessous d'une valeur prédéterminée, ce courant unidirectionnel soit tel que la bobine provoque la fermeture de l'interrupteur.
L'installation selon l'invention peut servir à mettre' en parallèle des alternateurs monophasés aussi bien que des alternateurs polyphasés comportant des enroulements en étoile ou en triangle.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, cinq formes d'exécution de l'installation selon l'invention. Dans ce dessin la fig. 1 est un schéma de connexions d'une installation pour la mise automatique en parallèle de deux alternateurs travaillant sur deux lignes de transport de courant alternatif ; la fig. 2 est un schéma équivalent d'un circuit redresseur en pont et d'un circuit résis- tance-capacité fonctionnant comme circuit passe-bas, qui font partie du montage de la fig. 1 ;
la fig. 3 est un graphique des tensions redressées portées en ordonnées, en fonction du temps en secondes, porté en abscisses, et créées dans le circuit redresseur de la fig. 1 sous différentes conditions, et Les fig. 4 à 7 sont des schémas des connexions de quatre installations pour la mise en parallèle d'alternateurs polyphasés.
Dans les différentes figures, les éléments identiques sont désignés par les mêmes références.
A la fig. 1, les deux alternateurs monophasés à mettre en parallèle sont désignés schématiquement par 10 et 11. L'alternateur 10 est relié par un transformateur 13 à une ligne 12 à trois barres conductrices 14, 15 et 16, elle-même reliée à un réseau que les alternateurs 10 et 11, et éventuellement d'autres alternateurs, sont destinés à alimenter. Les deux barres 14 et 15 sont connectées aux extrémités de l'enroulement secondaire du transformateur 13, tandis que la barre 16 est connectée au milieu de l'enroulement secondaire. La barre 16 peut être mise à la terre, comme on l'a représenté. L'alternateur 11 est également couplé avec un transformateur 17.
Les extrémités de l'enroulement secondaire du transformateur 17 sont connectées à deux conducteurs 18 et 20, tandis que la prise centrale de cet enroulement secondaire est connectée par un conducteur 21 à la barre 16. Les conducteurs 18 et 20 peuvent être connectés aux barres 14 et 15 par des contacts mobiles respectifs des interrupteurs 22 et 23, qui sont commandés par ressorts, comme on l'a indiqué schématiquement en 24 dans leur position ouverte. Les contacts mobiles des interrupteurs 22, 23 se ferment lorsque la bobine 25 d'un relais est excitée.
L'installation comporte un mélangeur constitué par un réseau redresseur en pont à deux alternances 27, comprenant les redresseurs 30, 31, 32 et 33. Le réseau en pont 27 comporte un circuit d'entrée formé de deux conducteurs 34 et 35. Le conducteur 34 est relié à la barre 15 et, par conséquent, la tension alternative de la borne inférieure de l'enroulement secondaire du transformateur 13, est appliquée au réseau 27. Le conducteur 35 est connecté par l'intermédiaire d'une résistance variable 36, d'un interrupteur de commande ou interrupteur principal 37, et d'un
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conducteur 38, à la borne gauche de l'enroulement secondaire du transformateur 17.
En conséquence, lorsque l'interrupteur principal 37 est fermé, une tension alternative empruntée aux transformateurs 13 et 17 est appliquée au réseau en pont 27, et les deux tensions par rapport à la barre 16, appliquées par l'intermédiaire des conducteurs 34 et 38 au réseau en pont 27, sont déphasées de 180 lorsque les deux alternateurs 10 et 11 travaillent en synchronisme sur les barres 14 et 15. Ce déphasage est dû au fait que les prises centrales des enroulements secondaires des transformateurs 13 et 17 sont interconnectées par la barre 16 et le conducteur 21, et que ce sont les bornes opposées des deux enroulements secondaires qui sont reliées au réseau en pont 27.
Le circuit de sortie du réseau en pont 27 est formé par des conducteurs 40, 41 entre lesquels est branchée la bobine de relais 25. Un condensateur 42 est monté en parallèle avec la bobine de relais 25. La résistance 36 et le condensateur 42 forment un circuit résistance- capacité ne laissant passer que les courants de fréquence basse à travers la bobine de relais 25. La résistance 36 est réglable de façon à permettre de régler la tension appliquée à la bobine de relais 25.
On admettra maintenant que l'interrupteur principal 37 est fermé. . En conséquence, le réseau en pont 27 est alimenté et une tension redressée apparaît entre les conducteurs de sortie 40, 41. Le réseau en pont redresseur fonctionne comme un mélangeur et, en conséquence, la fréquence des battements qui se produisent lorsque les fréquences des deux tensions fournies par les alternateurs 10 et 11 sont différentes, apparaît également dans le circuit de' sortie. Le condensateur 42 laissera passer toutes les tensions de fréquence supérieure à une valeur prédéterminée par le circuit.
La fig. 2, à laquelle on se réfère maintenant, est, pour une fréquence déterminée, un schéma équivalent du réseau en pont 27, du circuit passe-bas 42, 36 et de la charge de sortie 25, la résistance 45 représentant l'impédance de la bobine de relais 25. La résistance de charge 45 et le condensateur 42 sont connectés en parallèle. Les deux tensions alternatives provenant des alternateurs sont appliquées au circuit équivalent de la fig. 2 par les conducteurs d'entrée 34 et 38. Des résistances 46 et 47 montées en série dans les conducteurs d'entrée respectifs 38 et 34 représentent la résistance de deux des redresseurs qui sont conducteurs à l'instant particulier considéré, tels que les redresseurs 33, 31 ou 30, 32.
On voit maintenant que les ondes de tension correspondant à des battements ayant une fréquence au-dessus de la limite supérieure de la fréquence que peut transmettre le circuit résistance-capacité 36, 42 seront shuntées par le condensateur 42 en parallèle avec la charge 45. Toutefois, si les battements ont une fréquence inférieure à cette limite, il s'établira une tension aux bornes de la charge 45 et du condensateur 42 et la plus grande partie du courant passera à travers la charge 45.
Les tensions de sortie redressées qui apparaissent entre les conducteurs 40, 41 aux bornes de la charge 45, représentant la bobine de relais 25, sont représentées sur la fig. 3 à laquelle la présente description se réfère maintenant. La courbe de tension 50 représente, par exemple, une onde de tension correspondant à des battements de 15 cycles par seconde (cps.). Pour ne pas surcharger le dessin, on n'a pas indiqué à la fig. 3 les tensions fournies par les alternateurs dont la superposition donne la tension de battement entre les conducteurs 34 et 38, ni cette tension de battement elle-même dont dérive la tension redressée entre les conducteurs 40 et 41 qui est représentée. Le trait mixte 51 indique la tension redressée moyenne.
Lorsque la fréquence de battements se réduit à 5 cps., une onde de tension telle, par exemple, que celle représentée par la courbe 52, existe entre les conducteurs de sortie 40, 41. La courbe de tension 53 représente une onde de tension correspondant à des battements de 2 cps., et l'on voit que son amplitude dépasse maintenant celle de la ligne en trait interrompu 54 qui indique la tension d'attraction du relais. En conséquence, la tension aux bornes de la bobine de
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relais 25 atteindra cette tension d'attraction un peu avant que le synchronisme exact des phases des alternateurs 10, 11 soit atteint, c'est-à-dire lorsque la fréquence de battement est moindre qu'une valeur prédéterminée.
Comme le relais présente une certaine inertie mécanique, les contacts mobiles des interrupteurs 22, 23 peuvent être disposés de manière à se fermer au synchronisme exact des phases, lorsque le déphasage des alternateurs tend vers zéro. On comprend que le réseau redresseur 27 pourrait être remplacé par un réseau redresseur à une alternance, par exemple un réseau différant du réseau représenté à la fig. 1 par l'omission de l'une des deux paires de redresseurs 30, 32 et 31, 33, ou même ne comprenant que l'un des quatre redresseurs 30-33, les deux conducteurs non reliés à ce redresseur étant alors reliés directement entre eux.
Ainsi, on est assuré, que les deux alternateurs 10, 11 seront mis en parallèle lorsque leurs tensions seront approximativement en phase et lorsque la fréquence de battements de la tension du courant alternatif sera infé- rieure à une valeur déterminée par les constantes du circuit, c'est-à-dire par la valeur de la résistance ohmique 36, par la capacité du condensateur 42, et par la résistance ohmique de la bobine de relais 25.
La résistance 36 est de préférence réglable pour permettre d'ajuster à la valeur voulue la tension agissant sur le relais. Comme les amplitudes des tensions 50, 52 et 53 ne peuvent pas excéder la somme des demi-tensions de crête des deux transformateurs 13, 17, les amplitudes des deux tensions des alternateurs doivent donc dépasser une valeur prédéterminée avant que les deux alternateurs puissent être mis en parallèle.
Les formes exactes des courbes de tension 50, 52 et 53 représentées sur la fig. 3 dépendent des valeurs relatives de la résistance 36, et de la résistance de la bobine de relais 25. L'impédance que la bobine de relais 25 présente pour l'onde de fréquence de battements est essentiellement ohmique. Si ces deux résistances sont égales, le temps de charge et le temps de. décharge. du condensateur 42 seront égaux et les ondes de tension seront approximativement semblables à celles que représente la fig. 3, c'est-à-dire qu'elles auront une forme approximativement sinusoïdale.
Toutefois, si la résistance 36 est petite en comparaison de la résistance ohmique de la bobine de relais 25, le temps de charge du condensateur 42 sera approximativement égal au temps pendant lequel la tension de battement augmente, alors que son temps de décharge à travers la bobine de relais 25 sera déterminé par la résistance de cette bobine. Les ondes de tension seront en forme de dents de scie présentant une montée relativement raide et une retombée lente. D'autre part, si la résistance 36 est grande en comparaison de la résistance ohmi- que de la bobine de relais 25, la tension redressée aura encore une forme en dents de scie, mais aura une montée relativement lente et une retombée très rapide. De préférence, les valeurs de la résistance 36 et de la bobine de. relais 25 seront approximativement égales.
De préférence, la résistance 36 est montée dans le circuit d'entrée du réseau en pont 27. Dans ce cas, la tension appliquée au réseau en pont est réduite par la résistance 36, de façon à permettre d'utiliser des redresseurs pouvant supporter une tension plus faible. En raison de sa simplicité, un circuit comprenant une résistance et un condensateur est préférable. Toutefois, il est également possible d'utiliser un circuit comprenant une bobine d'induction et un condensateur.
Une installation comprenant un circuit de ce type est représentée sur la fig. 4 à laquelle on se réfère maintenant. La fig. 4 représente deux alternateurs 60 et 61 polyphasés possédant des enroulements connectés en étoile. L'alternateur 60 fournit une tension alternative à une ligne 64 à quatre conducteurs 65-68 dont trois barres 65, 66 et 67. Le point neutre des enroulements en étoile de l'alternateur 60 est connecté à un conducteur 68 qui est mis à la terre ; cette mise à la terre n'est cependant .pas indispensable.
Les deux alternateurs 60 et 61 sont entraînés par des moteurs séparés 70, 71 au moyen de transmissions mé-
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caniques indiquées schématiquement en 72, 73.
Les trois enroulements de l'alternateur 61 sont reliés par des conducteurs 74, 75, 76 et les trois interrupteurs du relais 19 respectivement aux barres 65, 66, 67. Un conducteur 77 relie directement le point neutre commun des enroulements de l'alternateur 61 au conducteur 68.
Le circuit d'entrée du réseau en pont 27 est relié par le conducteur 34 à la barre 66, laquelle, à son tour, est connectée à l'enroulement 78 de l'alternateur 60. L'autre conducteur d'entrée 35 est connecté par l'interrupteur principal 37 à la prise centrale d'une inductance 80. L'inductance 80 est à son tour connectée entre deux enroulements 81, 82 de l'alternateur 61. L'enroulement 83 de l'alternateur 61 correspond à l'enroulement 78 de l'alternateur 60. Les tensions des courants alternatifs des enroulements 81, 82 sont respectivement déphasées de 1201) et de 240o, par rapport à la tension _du courant alternatif des enroulements 83 et 78.
Par suite, le point milieu de l'inductance 80 fournit une tension déphasée de l80 (c'est-à-dire correspondant à la moyenne entre 1200 et 2400) par rapport à la tension des enroulements 83 et 78. En conséquence, les deux tensions appliquées par l'intermédiaire des conducteurs d'entrée 34 et 35 aux redresseurs du pont, sont nominalement déphasées de 180". Le condensateur 42 est monté en parallèle avec la bobine de relais 25 et une inductance 85 est montée en série dans le conducteur de sortie 41. Une résistance 86 est montée en série dans le conducteur de sortie 40 pour commander la valeur de la tension de sortie redressée.
L'installation de la fig. 4 fonctionne de la même manière que celle de la fig. 1. On notera que l'inductance 85 est montée dans le circuit de sortie du pont redresseur, de sorte que les tensions ayant la fréquence des battements sont appliquées à travers cette inductance.
Comme le montre la fig. 5, on peut également mettre en parallèle deux alternateurs ayant des enroulements en triangle 87, 88. Les deux alternateurs alimentent de nouveau une ligne à quatre conducteurs 64 et le conducteur 68 relie les prises centrales des enroulements 90, 91. Par l'intermédiaire du conducteur d'entrée 34, le réseau en pont 27 est connecté à la borne de droite de l'enroulement 90 de l'alternateur 87.
D'autre part, par le conducteur 38, l'interrupteur principal 37, la résistance 36, et le conducteur 35, le réseau redresseur en pont 27 est relié à la borne de gauche de l'enroulement 91 de l'alternateur 88. Ainsi, le réseau en pont 27 est de nouveau alimenté par deux tensions alternatives qui sont nominalement déphasées de 1801, entre elles, en raison de la connexion commune entre les prises centrales des enroulements 90, 91. Le circuit de sortie du redresseur est le même que celui qui est montré sur la fig. 1. Le fonctionnement de l'installation de la fig. 5 est identique à celui de l'installation de la fig. 1.
Les fig. 6 et 7 représentent également deux alternateurs 87 et 88 montés en triangle. Le réseau redresseur en pont 27 des installations représentées sur les fig. 6 et 7 a le même circuit de sortie que celui de la fig. 1. Les fig. 6 et 7 représentent différentes manières d'appliquer au réseau en pont deux tensions alternatives provenant de deux alternateurs, ces tensions étant nominalement déphasées de 1800.
Conformément à la fig. 6, une inductance 93 est montée entre les barres 66, 67 qui, à leur tour, sont reliées aux bornes de l'enroulement 90. Une autre inductance 94 est montée entre les bornes de l'enroulement 91. On notera que la ligne 12 est une ligne à trois conducteurs, et qu'il n'est pas nécessaire de connecter entre elles les prises centrales des deux enroulements appartenant respectivement aux deux alternateurs 87, 88. Par contre, les prises centrales des inductances 93, 94 sont connectées entre elles par un conducteur 95. Les conducteurs 34 et 38 du circuit d'entrée du redresseur sont maintenant reliés aux bornes opposées des inductances 93 et 94, pour obtenir deux tensions qui sont nominalement déphasées de 1800.
La fig. 7 représente une installation dans laquelle on utilise encore un autre procédé
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pour obtenir deux tensions, à partir de deux alternateurs 87, 88, qui sont nominalement déphasées de 1800. Deux transformateurs 96, 97 ont leurs enroulements primaires connectés en parallèle avec -les enroulements respectifs 90 et 91 des alternateurs. Les secondaires des transformateurs sont connectés en série avec les conducteurs 34 et 38 du circuit d'entrée du réseau en pont. Les deux tensions appliquées au réseau en pont sont encore nominalement déphasées de 1800.
Les transformateurs 96, 97 peuvent être utilisés pour abaisser les tensions des alternateurs avant qu'elles soient appliquées au réseau en pont 27.
Selon une variante, un circuit inductance- capacité tel que celui représenté à la fig. 4 pourrait être substitué au circuit résistance- capacité des fig. 1 et 5-7. On pourrait aussi lui substituer un circuit à oscillateur mécanique, électromécanique, à diapason, etc.