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Perfectionnements aux appareils de mesure de la fréquence de courants alternatifs ou de la vitesse.
La présente invention concerne les appareils de mesure de la fréquence de courants alternatifs et peut aussi s'appli- quer à la mesure de la vitesse.
Les appareils suivant l'invention s'appliquent spé- cialement au cas où il faut indiquer à quel point la fréquence d'un courant alternatif s'écarte d'une valeur normale. On re- marquera que s'il est possible de représenter la vitesse de ro- tation d'un arbre par la fréquence d'un courant alternatif produit par un alternateur tachymètre entraîné par l'arbre, on peut utiliser le même dispositif pour indiquer à quel point la vitesse de rotation d'un arbre s'écarte d'une valeur normale.
Par exemple, ce dispositif peut être associé à une turbine pour indiquer la vitesse de rotation de celle-ci. Un appareil suivant l'invention peut aussi être appliqué cependant à d'autres @
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installations où un alternateur tachymètre peut être entraîné à une vitesse fonction de la vitesse ou de la fréquence à mesurer.
Suivant la présente invention, un appareil de mesure de la fréquence d'un courant alternatif ou de la vitesse de rotation d'un arbre, comprend un alternateur tachymètre entraîné à une vitesse fonction de la vitesse ou de la fréquence à mesurer, deux circuits résonnants connectés au tachymètre et ayant une fréquence de réso/nance différente chacun, et un moyen répondant à la diffé- rence algébrique de deux tensions dérivées des courants dans les circuits résonnants respectifs, ou de deux tensions aux bornes d'élé ments de ces circuits résonnants, et donnant une indication dans une gamme de fréquences de sortie de l'alternateur tachymètre comprises entre les fréquences de résonance des deux circuits résonnants.
Les deux circuits résonnants peuvent être à résonance série et des tensions dérivées de tensions alternatives aux bornes d'un élément de chaque circuit peuvent être soustraites algébri- quement et appliquées à un appareil du type voltmètre qui peut être étalonné de façon à indiquer la vitesse ou la fréquence réelle à¯mesurer. Par exemple, une résistance de charge peut être alimentée, à travers un redresseur et, si on le désire, un circuit de filtrage, par la tension alternative apparaissant soit aux bornes de la capacité, soit aux bornes de la self d'un des cir- cuits résonnants. Un dispositif semblable peut être alimenté par l'élément correspondant de l'autre circuit résonnant.
Les tensions aux bornes des résistances de charge sont soustraites algébriquement et la différence est appliquée à un voltmètre connecté aux bornes des deux résistances de charge.
Une particularité de l'invention est de combiner un appa- reil, comme précité, qui mesure ou indique la variation de fré- quence ou de vitesse dans une gamme relativement limitée de part et d'autre de la vitesse ou fréquence normale, avec un appareil
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pour mesurer ou indiquer la fréquence ou la vitesse dans une gamme plus étendue, qui est fonction de la tension de sortie de l'alternateur tachymètre. Par exemple l'appareil indicateur ou mesureur de fréquence ou de vitesse dans une gamme plus éten- due, peut consister en un appareil du type voltmètre qui indique la tension de sortie de l'alternateur tachymètre, et peut donc être utilisé pour mesurer ou indiquer la vitesse de l'alternateur tachymètre.
Le même voltmètre ou un appareil séparé du type voltmètre peut être associé, comme indicateur, aux circuits résonnants à l'effet d'indiquer les variations de vitesse ou de fréquence dans une gamme relativement limitée autour de la vi- tesse ou fréquence normale. L'appareil du type voltmètre peut, si on le désire, consister en un appareil enregistreur, ou bien un appareil enregistreur peut être prévu en plus du voltmètre.
Une forme d'exécution de la présente invention destinée à fournir une indication de la vitesse d'une turbine sera décrite, à titre d'exemple, avec référence au dessin annexé qui représente le schéma des circuits de l'appareil.
Comme le dessin le montre, un alternateur tachymètre haute fréquence 10 est entrainé par la turbine et peut être, par exemple, du type à aimant permanent donnant un débit à une fréquence de 1. 000 cycles par seconde, par exemple, quand il est entraîné à la vitesse normale de la turbine, 3.000 tours par minute par exemple. La sortie de l'alternateur tachymètre 10 est envoyée, par un interrupteur bipolaire 11, des fusibles 12 et une résistance variable 13,à l'enroulement primaire 14 d'un transfor- mateur 15 ayant deux enroulements secondaires 16 et 17. Le se- condaire 17 est connecté aux bornes à courant alternatif d'un redresseur en pont 18 dont le débit en courant continu est filtré par un condensateur 19 et appliqué à la bobine d'excitation 20 d'un relais à contacts inverseurs 21.
La bobine d'excitation 22 d'un second relais à un contact unipolaire 23 est mise en
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parallèle avec la bobine d'excitation 20. Le courant continu de- vant actionner d'autres relais est fourni par une source de cou- rant alternatif 24 par l'intermédiaire d'un interrupteur 25 solidaire de l'interrupteur 11, de fusibles 26, d'un transforma- teur 27 et d'un redresseur en pont 28, dont le débit est filtré par un condensateur 29. Quand la turbine tourne à petite vitesse, la tension à la sortie de l'alternateur tachymètre 10 est relativement faible et ni la bobine d'excitation 20 ni la bobine d'excitation 22 ne sont suffisamment excitées pour actionner les contacts associés 21 et 23 respectivement.
La sensibilité du relais à la bobine d'excitation 20 est telle que celui-ci actionne ses contacts associés quand la turbine tourne approximativement à 2750 tours par minute, tandis que la sensibilité du relais à la bobine d'excitation 22 est telle que ses contacts ne se ferment que si la turbine tourne plus vite, à 3. 250 tours par minute, par exemple. Il faut remarquer que ces valeurs sont données simplement à titre d'exemple et que, si on le désire, on peut choisir d'autres valeurs de vitesse. Une lampe 34 est pré- vue pour indiquer que les contacts 21 ont été enclenchés en po- sition de travail.
L'autre enroulement secondaire 16 du transformateur 15 alimente alternativement trois circuits d'indication de vitesse de la turbine, en étant connecté par un premier groupe de contacts inverseurs 30 et par un second groupe de contacts inverseurs 32 d'un relais à enroulement d'excitation 31. Quand la turbine tourne lentement, la bobine d'excitation 31 est alimentée en courant continu auxiliaire par un redresseur 28 à travers les contacts 21. Une lampe de signalisation 33 est connectée en parallèle avec la bobine d'excitation 31 et donne donc l'indication que la bobine d'excitation 31 est alimentée. Dans ce dernier cas, les contacts 30 et 32 sont amenés de la position indiquée dans une position dans laquelle un redresseur en pont 40 est mis
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en parallèle avec l'enroulement secondaire 16, par l'intermédiaire de fusibles 41.
Un condensateur de filtrage 42 est mis aux bornes de sortie à courant continu du redresseur en pont 40, dont le débit est prélevé à deux des contacts inverseurs 32, par l'inter- médiaire d'une résistance variable 43. Quand la bobine d'excita- tion 31 est alimentée, le courant continu débité par le redres- seur en pont 40 est envoyé, à travers la résistance réglable 43, à un appareil indicateur du type voltmètre 44. L'enroulement d'excitation d'un appareil enregistreur 45 est connecté en paral- lèle avec l'appareil indicateur 44, à travers les contacts inver- seurs 46 d'un relais à bobine d'excitation 47 alimenté quand les contacts 23 sont fermés.
Pour des vitesses inférieures à 3250 tours par minute, les contacts 23 sont ouverts et les contacts 46 se trouvent dans la position représentée, dans laquelle l'enre- gistreur est connecté en parallèle avec l'appareil indicateur 44.
Dans la position indiquée au dessin, quand la bobine d'excitation 31 n'est pas alimentée, les contacts 30 connectés en parallèle avec l'enroulement secondaire 16 du transformateur 15, sont reliés à d'autres contacts inverseurs 50 faisant partie d'un relais à bobine d'excitation 47. Les contacts inverseurs 46 et 50 choisissent l'un ou l'autre de deux circuits résonnants utilisés pour indiquer la vitesse de la turbine dans une gamme relativement limitée de vitesses. Quand la bobine d'excitation 47 n'est pas alimentée, les contacts inverseurs 50 se trouvent dans la position représentée au dessin, dans laquelle le secon- daire 16 du transformateur 15 est relié, par les contacts 30 et 50 et les fusibles 51, à deux circuits résonnants connectés en parallèle.
Un de ces circuits comprend une self 52 et un condensateur 53, et l'autre une self 54 et un condensateur 55.
Si cette paire de circuits résonnants est destinée à donner une indication de la vitesse entre, par exemple, 2.700 et 3.000 tours par minute de la turbine, la self 54 et le condensateur 55 peuvent¯être choisis de manière à avoir leur résonance série
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à environ 800 cycles par seconde, c'est-à-dire à une fréquence correspondant à une vitesse de 2.400 tours par minute. Le circuit comprenant la self 52 et le condensateur 53 peut avoir sa réso- nance série, par exemple, à 1500 cycles par seconde, ce qui cor- respond à une vitesse de turbine de 4500 tours par minute. Les tensions aux bornes des condensateurs 53 et 55 sont comparées algébriquement en les appliquant, à travers des redresseurs res- pectifs 56 et 57, à des résistances de charge 58 et 59.
Des condensateurs de filtrage 60 et 61 sont connectés aux bornes des résistances de charge 58 et 59 respectivement. La différence entre les tensions de sortie apparaissant aux bornes des résistan- ces de charge 58 et 59 est appliquée, par l'intermédiaire d'une résistance variable 62 et des contacts 32, à l'appareil indicateur 44 et, par d'autres contacts 46, à l'appareil enregistreur 45. La seconde paire de circuits résonnants série est généralement semblable à celle décrite ci-dessus,mais les valeurs sont légère- ment différentes. Quand la bobine d'excitation 47 est alimentée, les contacts 50 changent de position, de manière à connecter la secondaire paire de circuits résonnants ou secondaire 16 du trans- formateur 15, par l'intermédiaire des fusibles 71.
Un des circuits résonnants comprend une self 72 et un condensateur 73 , et l'autre comprend une self 74 et un condensateur 75. Les valeurs de la self 72 et du condensateur 73 peuvent être choisies de façon à avoir leur résonance série à une fréquence d'environ 1500 cycles par seconde correspondant à une vitesse de turbine de 4500 tours par minute, tandis,que les valeurs de la self 74 et du condensateur 75 peuvent être choisies de manière à avoir la résonance série à, par exemple, 1000 cycles par seconde correspondant à une vitesse de turbine de 3000 tours par minute. Une résistance de charge 78 est connectée, par l'intermédiaire d'un redresseur 76, aux bornes du condensateur 73, un condensateur de filtrage 80 étant mis en parallèle avec la résistance de charge 78.
De même, une résistance de charge 79 est connectée, par l'intermédiaire d'un redres-
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seur 77, aux bornes du condensateur 75, et un condensateur de filtrage 81 est mis en parallèle sur la résistance de charge 79. La différence algébrique des tensions aux bornes des résis- tances de charge 78 et 79 est appliquée, par l'intermédiaire d'une résistance réglable 82 à l'appareil enregistreur 45, quand la bobine d'excitation 47 est excitée et fait changer de position les contacts inverseurs 46 et 50.
Le fonctionnement du circuit comprenant les éléments 71 à 82 est le même que celui comprenant les éléments 51 à 62, la seule différence consistant en la légère différence des valeurs choisies permettant aux deux circuits de travaillerdans des gammes de fréquence et de vitesse de turbine différentes.Un avantage à utiliser un alternateur tachymètre de fréquence relativement élevée réside en ce que les self-induc- tions et capacités requises dans les circuits résonnants sont réduites, à ces fréquences, comparées aux valeurs nécessaires pour obtenir la résonance aux fréquences industrielles, comme 50 cycles par seconde.
Les paires de circuits résonnants fonctionnent de la façon suivante. Si un circuit résonnant reçoit du courant alter- natif de fréquence variable, le courant dans le circuit réson- nant et la tension aux bornes de chacun de ses éléments varient avec la fréquence. Pour une tension appliquée donnée, le courant et, par conséquent, la tension aux bornes de chaque élément, seront maximum à la fréquence de résonance et diminuent au-dessus et en-dessous de la résonance. Si, au contraire, la tension appli- quée varie avec la fréquence, comme c'est le cas avec un alter- nateur tachymètre, la courbe courant/fréquence ou tension/fré- quence est un peu changée. La forme de ces courbes caractéristi- ques peut aussi être modifiée en faisant varier l'amortissement du circuit, par exemple en mettant une résistance de charge en parallèle avec un des éléments.
Avec deux circuits résonnant à des fréquences différentes, il y a une fréquence, entre les
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deux fréquences de résonance, à laquelle les courants dans les circuits résonnants et les tensions aux bornes d'éléments déter- minés de ces circuits seront égaux. A cette fréquence, la diffé- rence algébrique entre les tensions est nulle. De préférence, on s'arrange pour que ce point corresponde au point zéro de l'appa- reil indicateur ou enregistreur ou des deux appareils auxquels les tensions aux bornes des résistances de charge sont appliquées.
Cette fréquence ou vitesse peut être choisie comme la fréquence ou vitesse la plus basse couverte par cette gamme de fréquences ou de vitesses de l'appareil. Pour que la différence algébrique entre les tensions aux bornes des résistances de charge puisse Varier progressivement avec la variation de fréquence ou de vi- tesse, il faut travailler dans des parties des caractéristiques qui sont comprises entre les fréquences de résonance des deux circuits résonnants et de préférence, pour avoir une réponse bien linéaire, le fonctionnement se fera bien à l'intérieur entre les fréquences de résonance et, de préférence, vers la fréquence de résonance la plus haute par rapport au point d'égalité des tensions.
Une particularité de la présente invention réside en ce qu'on choisit les conditions de fonctionnement de façon qu'il y ait une relation linéaire ou approximativement linéaire entre la différence algébrique des tensions et la fréquence ou la vitesse. Il a été constaté que ceci peut être réalisé avec un degré de précision considérable si chacune des résistances de charge 58, 59, 78 et 79, et aussi les résistances de charge dues aux appareils de mesure ou d'enregistrement ou des deux connectées en série avec les résistances 62 et 82, sont de l'ordre de 1. 000 ohms.
Au cours de l'installation de l'appareil, les valeurs des résistances de charge 58, 59, 78 et 79 peuvent être ajustées pour obtenir cette condition de linéarité, et en réglant les résistances 58 et 78 (ou 59 et 79) on peut varier
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légèrement la fréquence pour laquelle les différences algébriques des tensions;aux bornes des résistances de charge sont nulles.
Les résistances 62 et 82 en série avec les appareils indicateurs ou enregistreurs ou les deux, peuvent aussi être réglables de manière à obtenir un réglage de la sensibilité des appareils afin d'établir les limites correctes de chaque gamme de fréquences ou de vitesses.
Il faut noter que dans la forme d'exécution décrite ci-dessus, le même voltmètre enregistreur sert à indiquer la va vitesse, dans trois gammes de vitesses. La première gamme/de zéro à 2.750 tours/minute environ, la deuxième de 2.750 à 3.250 tours/ minute et la troisième de 3.250 à 3.500 tours/minute. En outre, l'appareil indicateur 44 est utilisé pour les deux gammes infé- rieures. On pourrait, s'il le faut, le faire servir dans les trois gammes évidemment. Si la forme d'exécution ci-dessus com- porte trois gammes de vitesse, il est évident que d'autres gammes de vitesses pourraient être ajoutées, en ajoutant de nou- veaux circuits résonnants.
Il est souhaitable que les relais aux bobines d'excita- tion 20 et 22 enclenchent et déclenchent pour des valeurs de tension appliquée pas trop différentes.
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