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Dispositif de régulation de la tension d'une source de courant chargeant une batterie d'accumulateurs Les régulateurs de tension habituellement utilisés avec les génératrices à courant continu ou les alternateurs chargeant des batteries d'accumulateurs, et les dispositifs, appelés relais de tension, sont généralement des appareils à fonctionnement électromagnétique dont la précision dépend - d'un ressort de rappel opposant une force antagoniste à celle de l'électro-aimant de commande; - du réglage mécanique des appareils, en particulier de l'entrefer des pièces magnétiques, qui varie avec l'usure des contacts ; - 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 de la tension d'une source de courant chargeant une batterie d'accumulateurs, dans lequel la tension aux bornes de la batterie est comparée à une tension de référence.
Le dispositif de régulation selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend, en parallèle avec ladite batterie, un circuit dans lequel sont montées en série une résistance et une cellule électrolytique en contact thermique avec ladite batterie et fournissant une tension de référence sensiblement constante, une impédance variable montée dans le circuit de ladite source et des moyens de réglage de ladite impédance en fonction de la différence entre la ten- sion aux bornes de ladite cellule électrolytique et la tension aux bornes de la batterie.
On sait, en effet, qu'une cellule électrolytique, quia une faible résistance interne, présente à ses bornes une tension constante et stable, même lorsque le courant qui la traverse varie dans d'assez larges limites. Cette tension est égale à la tension de polarisation de ladite cellule.
Si le courant qui traverse la cellule est permanent, il est possible d'utiliser une cellule électrolytique sans matières actives transformables par le courant, c'est-à-dire une cellule sans capacité.
Il y a cependant avantage, pour la stabilité de la tension de la cellule, à utiliser une cellule contenant de faibles quantités de matières actives, c7est- à-dire un accumulateur à faible capacité, de façon qu'il acquière rapidement sa tension de charge complète.
En particulier, il y a avantage à utiliser une cellule d'accumulateur alcalin étanche de faible capacité.
La cellule étant en contact thermique avec la batterie à charger, sa tension varie en fonction de la température comme celle de cette batterie, ce qui, en particulier lorsque la cellule est de même nature que les éléments de la batterie, 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.
La cellule peut être placée entre les bacs de deux éléments de la batterie ou même dans l'un de ces bacs.
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La puissance mise en jeu dans la comparaison de la tension aux bornes de la batterie à la tension de référence étant généralement très faible par rapport à la puissance à contrôler dans le circuit de charge, le dispositif de régulation pourra comprendre, par exemple, un dispositif d'amplification qui peut être électromagnétique lorsque la source de courant de charge est alternative.
On peut aussi utiliser un amplificateur électronique à tubes thermoioniques ou à triodes au Germanium (transistors).
Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de l'invention.
Les fig. 1 et 2 sont des schémas de deux formes d'exécution dans lesquelles la tension aux bornes de la batterie provient d'une source alternative.
La fig. 3 est un schéma d'une autre forme d'exécution comprenant un relais de tension.
La fig. 4 illustre une forme d'exécution à amplificateur, électronique.
Dans la forme d'exécution représentée sur la fig. 1, la tension de charge de la batterie d'accumulateurs a est prise sur un redresseur b qui reçoit la tension alternative du secondaire c d'un transformateur, dont le primaire d est alimenté par une source alternative.
La batterie alimente un circuit d'utilisation qui est raccordé aux bornes e.
Une cellule électrolytique f fournissant une tension constante de référence est montée en parallèle aux bornes de la batterie a, en contact thermique avec cette batterie, par l'intermédiaire d'une résistance R, de manière à recevoir une partie du courant -de charge du redresseur b, à travers cette résistance qui sert à 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 des plaques en métal fritté, de préférence en nickel, ces plaques étant imprégnées (Thydrate de nickel pour les plaques positives, et d'hydrate de cadmium pour les plaques négatives ; ces plaques sont pressées les unes contre les autres avec interposition de séparateurs minces et perméables, le tout étant imprégné d'une solution de potasse et étant enfermé dans une enveloppe hermétiquement close. Une telle cellule donne une tension constante pour une large variation de l'intensité du courant qui la traverse.
La robustesse électrique et la complète étanchéité d'une telle cellule donnent, de plus, une très grande stabilité de ses caractéristiques dans le temps.
Plus généralement, on peut aussi utiliser comme cellule f une cellule d'accumulateur de type quelconque, en prenant des dispositions pour y maintenir un niveau d'électrolyte constant, par exemple en prévoyant une nourrice remplie d'électrolyte et dont la communication avec la cellule est contrôlée en fonction du niveau dans celle-ci.
Le dispositif comprend en outre un amplificateur magnétique qui comporte sur un circuit magné- tiaue 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 enroulements 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'autoexcitation de l'amplificateur magnétique.
Les ampères- tours de cet enroulement sont tels qu'ils en- P 01 ndrent dans le circuit magnétique un flux inférieur au flux de saturation pour la tension correcte aux bornes de la batterie et de sens opposé à celui du flux engendré par l'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 ce dispositif est le suivant Si la tension aux bornes de la batterie augmente, le courant circulant dans l'enroulement 2 augmente et le flux de sens opposé à celui de l'enroulement 1, qu'il 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'impédance de l'enroulement 4 en diminuant ainsi la tension fournie au redresseur b. Le débit de ce redresseur diminue donc, tendant ainsi à ramener la tension de la batterie à la tension de réglage. Des phénomènes inverses se produisent si la tension aux bornes de la batterie diminue.
Le dispositif, représenté sur la fig. 2, dérive du précédent, mais est agencé de manière à permettre le réglage direct de la tension fournie par un alternateur. Sur le dessin, cet alternateur -est du type à induit fixe g et inducteur tournant h. Le courant alimentant cet inducteur est pris aux bornes de l'induit à travers l'enroulement 4 à impédance variable de l'amplificateur magnétique susdécrit. Ce courant est ensuite redressé dans un redresseur j. L'enroulement d'excitation 3 de l'amplificateur magnétique est placé dans le circuit à courant continu de l'inducteur. Le fonctionnement est le même que précédemment en cas de variation de la tension aux bornes d'utilisation e.
Il convient de noter que, dans le cas où l'alternateur est entraîné à vitesse variable (cas d'un équi-
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pement d'automobiles, par exemple), il se produit une autorégulation due au fait que si la vitesse d7en- traînement de l'alternateur augmente, la fréquence et la tension de l'alternateur augmentent proportionnellement.
Or, l'impédance d'une self est proportionnelle à la fréquence.
De ce fait, l'enroulement 4 diminuera automatiquement le courant d'excitation lorsque la vitesse de l'alternateur augmentera.
Cet enroulement peut être déterminé pour que l'alternateur conserve des caractéristiques sensiblement constantes dans une certaine plage de vitesses indépendamment de toute autre régulation.
Dans le cas de la fig. 3, le dispositif de régulation comprend un relais de tension différentiel. Ce relais comporte des bobinages 1 et 2 enroulés en opposition et dont le flux résultant agit sur une armature non figurée reliée à un interrupteur k qui est soumis, d'autre part, à l'action d'un ressort antagoniste 1. La tension à régler fournie par une source de courant continu m, qui sert à charger la batterie d'accumulateurs a, est appliquée à l'enroulement 2. Elle est appliquée également à la cellule électrolytique de référence f, analogue à celle qui a été décrite précédemment, 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 magnétique commun de ces enroulements soit nul quand la tension aux bornes de la batterie a est correcte. L'effort du ressort 1 est alors prépondérant et ce ressort ferme l'interrupteur k qui court-circuite une résistance n placée en série avec la source m. Si la tension aux bornes de la batterie augmente, le flux engendré par l'enroulement 2, qui augmente corrélativement, détermine l'ouverture de l'interrupteur k. De ce fait, la résistance n est mise en circuit et la tension aux bornes de la batterie, qui était égale à celle de la source m, est diminuée de la chute de tension dans la résistance n.
Par un choix judicieux de la sensibilité du relais et des enroulements 1 et 2, le relais peut fonctionner lorsque la tension aux bornes de la batterie augmente d'une valeur A U faible par rapport à U (A U = 5 % de U par exemple).
La tension de fonctionnement du relais est donc U -1- A U La qualité essentielle du dispositif décrit ci-dessus est d'être pratiquement insensible aux dérégla- ges (d'ordre mécanique, par exemple) -du relais proprement dit En effet, si le relais se dérègle de 10 0/0, cela revient à dire que A U va varier de 10 %.
Si A U = 5 % de U , par exemple, l'inci- dence de ce déréglage sur la tension de fonctionnement ne sera que de
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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 la fig. 4, la tension aux bornes de la cellule électrolytique f est en opposition avec une tension créée entre les points o et p d'une résistance potentiométrique q dont les extrémités sont aussi connectées aux bornes de la batterie a ; cette résistance et les points o et p sont choisis de telle manière que la tension entre o et p soit égale et opposée à la tension de la cellule quand la tension aux bornes de la batterie a a sa valeur normale. Le courant dans une 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 résistance s si la tension aux bornes de la batterie augmente ou diminue par rapport à la valeur normale. L'importance de ce courant dépend de la 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 électronique t dont le courant de sortie est appliqué à un moteur z qui déplace, dans un sens ou dans l'autre, le curseur d'un rhéostat u monté en série avec la source de tension m, ce qui ramène la tension aux bornes de la batterie à la valeur normale.
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Device for regulating the voltage of a current source charging an accumulator battery Voltage regulators commonly used with direct current generators or alternators charging accumulator batteries, and devices, called voltage relays, are generally electromagnetic devices whose accuracy depends - on a return spring opposing an antagonistic force to that of the control electromagnet; - the mechanical adjustment of the devices, in particular the air gap of the magnetic parts, which varies with the wear of the contacts; - variations in the resistivity of the windings as a function of the temperature.
These various factors mean that these devices are generally imprecise and unstable over time. The present invention relates to a device for regulating the voltage of a current source charging an accumulator battery, in which the voltage at the terminals of the battery is compared with a reference voltage.
The regulation device according to the invention is characterized in that it comprises, in parallel with said battery, a circuit in which a resistor and an electrolytic cell are connected in series in thermal contact with said battery and providing a substantially reference voltage. constant, a variable impedance mounted in the circuit of said source and means for adjusting said impedance as a function of the difference between the voltage at the terminals of said electrolytic cell and the voltage at the terminals of the battery.
We know, in fact, that an electrolytic cell, which has a low internal resistance, presents at its terminals a constant and stable voltage, even when the current flowing through it varies within fairly wide limits. This voltage is equal to the bias voltage of said cell.
If the current flowing through the cell is permanent, it is possible to use an electrolytic cell without active materials convertible by the current, that is to say a cell without capacitance.
However, there is an advantage, for the stability of the voltage of the cell, to use a cell containing small quantities of active materials, that is to say a low capacity accumulator, so that it rapidly acquires its charging voltage. complete.
In particular, there is an advantage in using a low capacity sealed alkaline accumulator cell.
The cell being in thermal contact with the battery to be charged, its voltage varies as a function of the temperature like that of this battery, which, in particular when the cell is of the same type as the elements of the battery, makes it possible to compensate for the effect of temperature variations on the battery charge, without resorting to bimetallic or other compensation systems which are often provided on charge regulators.
The cell can be placed between the bins of two battery cells or even in one of these bins.
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Since the power involved in the comparison of the voltage at the terminals of the battery with the reference voltage is generally very low compared to the power to be controlled in the charging circuit, the regulation device may comprise, for example, a device amplification which may be electromagnetic when the load current source is alternating.
It is also possible to use an electronic amplifier with thermionic tubes or with Germanium triodes (transistors).
The accompanying drawings show, by way of example, some embodiments of the invention.
Figs. 1 and 2 are diagrams of two embodiments in which the voltage at the terminals of the battery comes from an AC source.
Fig. 3 is a diagram of another embodiment comprising a voltage relay.
Fig. 4 illustrates an embodiment with an electronic amplifier.
In the embodiment shown in FIG. 1, the charging voltage of the accumulator battery a is taken from a rectifier b which receives the alternating voltage of the secondary c of a transformer, the primary d of which is supplied by an alternating source.
The battery supplies a user circuit which is connected to terminals e.
An electrolytic cell f providing a constant reference voltage is connected in parallel to the terminals of the battery a, in thermal contact with this battery, by means of a resistor R, so as to receive part of the charging current of the battery. rectifier b, through this resistor which serves to absorb the excess voltage supplied by the rectifier b.
The cell f can be constituted, with advantage, as a sealed alkaline accumulator cell comprising plates of sintered metal, preferably of nickel, these plates being impregnated (nickel hydrate for the positive plates, and cadmium hydrate for the positive plates. negative plates; these plates are pressed against each other with the interposition of thin and permeable separators, the whole being impregnated with a solution of potash and being enclosed in a hermetically sealed envelope. Such a cell gives a constant voltage for a large variation of the intensity of the current passing through it.
The electrical robustness and the complete tightness of such a cell give, moreover, a very great stability of its characteristics over time.
More generally, an accumulator cell of any type can also be used as cell f, by making arrangements to maintain a constant electrolyte level therein, for example by providing a nurse filled with electrolyte and whose communication with the cell. is controlled according to the level in it.
The device further comprises a magnetic amplifier which comprises on a common magnetic circuit 1) a winding 1 connected to the terminals of cell f; 2) a winding 2 connected to the terminals of the battery a (voltage to be checked) in a direction such that its ampere-turns oppose those of the winding 1, the windings 1 and 2 giving in the magnetic circuit a resulting flux zero when the voltage at the battery terminals is correct; 3) a winding 3 giving the self-excitation of the magnetic amplifier.
The amperes-turns of this winding are such that they enter into the magnetic circuit a flux lower than the saturation flux for the correct voltage across the battery terminals and in the opposite direction to that of the flux generated by the winding 2; 4) a winding 4 traversed by the alternating current supplying the rectifier and opposing to this current an impedance which is a function of the excitation of the magnetic circuit.
The operation of this device is as follows If the voltage at the battery terminals increases, the current flowing in winding 2 increases and the flow in the opposite direction to that of winding 1, which it generates in the magnetic circuit, becomes preponderant. The flux which was generated in the magnetic circuit by winding 3 alone, when the battery had the correct voltage, therefore decreases, which has the effect of increasing the impedance of winding 4, thus reducing the voltage supplied to the rectifier b. The output of this rectifier therefore decreases, thus tending to bring the battery voltage back to the adjustment voltage. Inverse phenomena occur if the voltage across the battery terminals decreases.
The device, shown in FIG. 2, derives from the previous one, but is arranged so as to allow direct adjustment of the voltage supplied by an alternator. In the drawing, this alternator is of the type with fixed armature g and rotating inductor h. The current supplying this inductor is taken at the terminals of the armature through the variable impedance winding 4 of the above-described magnetic amplifier. This current is then rectified in a rectifier j. The excitation winding 3 of the magnetic amplifier is placed in the DC circuit of the inductor. The operation is the same as above in the event of a variation in the voltage at the use terminals e.
It should be noted that, in the case where the alternator is driven at variable speed (case of an equi-
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motor vehicle, for example), self-regulation occurs due to the fact that if the drive speed of the alternator increases, the frequency and voltage of the alternator increase proportionally.
However, the impedance of an inductor is proportional to the frequency.
Therefore, winding 4 will automatically decrease the excitation current when the speed of the alternator increases.
This winding can be determined so that the alternator maintains substantially constant characteristics within a certain speed range independent of any other regulation.
In the case of fig. 3, the regulating device includes a differential voltage relay. This relay comprises coils 1 and 2 wound in opposition and whose resulting flux acts on an armature not shown connected to a switch k which is subjected, on the other hand, to the action of an antagonist spring 1. The voltage at regulate supplied by a direct current source m, which is used to charge the accumulator battery a, is applied to winding 2. It is also applied to the reference electrolytic cell f, similar to that which has been described previously, through resistor R. The voltage across this cell is applied to winding 1.
The windings 1 and 2 are such that the resulting flux in the common magnetic circuit of these windings is zero when the voltage across the terminals of the battery a is correct. The force of the spring 1 is then preponderant and this spring closes the switch k which short-circuits a resistor n placed in series with the source m. If the voltage at the terminals of the battery increases, the flux generated by the winding 2, which increases correspondingly, determines the opening of the switch k. As a result, resistor n is switched on and the voltage across the battery terminals, which was equal to that of source m, is reduced by the voltage drop across resistor n.
By a judicious choice of the sensitivity of the relay and of the windings 1 and 2, the relay can operate when the voltage at the battery terminals increases by a value A U low compared to U (A U = 5% of U for example).
The operating voltage of the relay is therefore U -1- AU The essential quality of the device described above is to be practically insensitive to faults (of a mechanical nature, for example) - of the relay itself Indeed, if the relay goes out of order by 10 0/0, this amounts to saying that AU will vary by 10%.
If A U = 5% of U, for example, the effect of this adjustment on the operating voltage will only be
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In practice, the accuracy of the relay will therefore be that of the voltage of the reference electrolytic cell.
A second advantage of this device is that it is insensitive to variations in the resistivity of the windings as a function of the temperature, these variations usually leading to maladjustments of the devices.
In the variant of FIG. 4, the voltage at the terminals of the electrolytic cell f is in opposition to a voltage created between the points o and p of a potentiometric resistor q whose ends are also connected to the terminals of the battery a; this resistance and the points o and p are chosen such that the voltage between o and p is equal and opposite to the voltage of the cell when the voltage at the terminals of the battery has its normal value. The current in a resistor s, connecting point o to the corresponding terminal of cell f, is then zero.
On the contrary, an unbalance current flows in resistor s if the voltage at the terminals of the battery increases or decreases compared to the normal value. The importance of this current depends on the voltage variation and its sign on that of this variation. The potential difference across resistor s is applied to the input terminals of an electronic amplifier t whose output current is applied to a motor z which moves, in one direction or the other, the cursor d ' a rheostat u mounted in series with the voltage source m, which brings the voltage at the terminals of the battery back to the normal value.