Procédé et dispositif pour la production d'impulsions électriques. La présente invention comprend un pro cédé pour la production de puissantes impul sions électriques pendant de courts laps de temps et un dispositif pour la réalisation de ce procédé. Des impulsions électriques de ce genre peuvent être utiles pour des buts de signalisation ou pour la création de champs magnétiques intenses.
Si un générateur de courant alternatif est court-circuité sur une faible impédance de l'ordre de celle du générateur lui-même, on sait que pour les premières ondes avant que l'excitation du champ ne soit neutralisée, un courant très fort passe par le circuit. D'une manière générale ce phénomène peut être ex primé par l'équation suivante:
EMI0001.0000
L'effet diminue pendant toute la période de temps pris par le flux produit par le courant d'induit pour diminuer le flux efficace dû aux bobines de champ, la neutralisation de ce dernier exigeant un certain temps pour qu'elle puisse se produire, en raison de la production d'un changement correspondant dans le courant des bobines de champ, et de courants induits dans le noyau de fer.
De cette façon, si la réaction de l'induit est grande par rapport à la selfinduction de ce lui-ci, la puissance rendue au circuit exté rieur lors d'un court-circuit momentané peut être très grande et dépasser 50 ou 100 fois la puissance pour laquelle le générateur est calculé.
L'invention est basée sur ces considéra tions. Le procédé suivant l'invention se ca ractérise par le fait qu'on ferme un circuit de travail à faible impédance sur un généra teur rotatif à courant alternatif pour un in tervalle de temps qui n'est pas supérieur à une période du voltage alternatif; cet inter valle de temps sera de préférence compris en tre une demi-période et une période du vol tage alternatif. La puissance élevée ainsi ob tenue n'est pas fournie par la machine qui actionne le générateur, mais provient de l'éner gie cinétique emmagasinée dans les parties rotatives du générateur ou de l'énergie d'un volant couplé avec le générateur.
Le dessin annexé, donné à titre d'exem ple, sert à l'explication de la présente in vention.
Les fig. 1 et 2 montrent des courbes de courant, de flux et de force électromotrice; Les fig. 3 et 4 sont des sections par un générateur; Les fig. 5 à 7 sont des vues d'un méca nisme interrupteur de circuit; La fig. 8 donne une variante de ce méca nisme interrupteur.
En se référant à ce dessin, et spéciale ment d'abord à la fig. 1, la courbe E repré sente la force électromotrice induite dans l'induit d'un générateur de courant alterna tif. De préférence, la machine est court-oir- cuitée par un mécanisme interrupteur auto matique, au point B (fig. 1), au moment où la force électromotrice passe par zéro, le courant J s'établissant graduellement. Le mécanisme interrupteur maintient le circuit de travail fermé jusqu'au point A (fig. 1), où le courant J est tombé à zéro. En raison du fait que la machine ainsi que la charge externe comportent de l'inductance, ce point est déplacé de la distance C A (fig. 1) du point C où la courbe E de la force électro motrice tombe à zéro.
L'interruption du cou rant au point A n'offre pas de difficulté, attendu que le courant est pratiquement zéro en ce point, ce qui rend cette méthode d'ob tenir des impulsions électriques supérieure à celles où une machine à courant continu est utilisée. Par la théorie générale du court- circuitage de générateurs de courant alterna tif, on sait que l'amplitude du courant est maximum quand le circuit est court-circuité au moment où la force électromotrice est à zéro et, par conséquent, plus petite quand le court-circuitage est produit en tout autre point de la période. C'est pour cette raison que le courant prend son début au point B (fig. 1).
La forme de la courbe de courant électrique obtenue dans ces demi-ondes dé pendra de la forme de l'onde de champ ma- gnétique produite par l'enroulement excita- teur et de la disposition de l'enroulement in duit du générateur dle courant alternatif. Par une disposition particulière de l'enroule ment de champ, par exemple cdans le genre de celle montrée en F (fig. 3 et 4), et par une disposition appropriée de l'enroulement induit il est par exemple possible d'obtenir les dif férentes formes de champ représentées res pectivement par les courbes H aux fig. 1 et 2. On peut par exemple chercher à obtenir une force électromotrice E qui donnera une courbe de courant à sommet plat comme in diqué en J à la fig. 2.
En modifiant la dis tribution des enroulements de champ et d'in duit, il sera possible d'obtenir certaines for mes voulues du courant qui satisferont aux exigences de l'usage auquel le générateur est destiné.
Dans la réalisation du procédé, on em ploiera soit un générateur du type à induc teur tournant, soit un générateur à induit tournant, marchant de préférence à une vi tesse élevée et qui est disposé de manière que son impédance provenant des fuites soit aussi faible que possible pour augmenter l'inten sité des impulsions. La puissance maximum W max rendue par la machine sera approxi mativement égale à:
EMI0002.0006
où X représente l'impédance, w la vitesse an gulaire et F le flux total par l'enroulement. Il est aussi préférable, pour obtenir une grande puissance, que le flux soit aussi puis sant que possible et si l'on n'exige pas de forme spéciale pour l'impulsion électrique, l'enroulement le plus efficace sera celui qui est représenté en fig. 3.
Pour réduire l'impé dance du générateur et augmenter le flux par l'enroulement, il est avantageux de mu nir le générateur d'un faible entrefer et de protéger l'enroulement excitateur par dus connexions de cuivre, telles que des barres d'amortissement D (fig. 3 et 4) et de dis poser l'enroulement de l'induit de telle ma nière qu'il présente des fuites magnétiques aussi petites que possible. Cet effet peut être obtenu en entourant l'enroulement, spéciale ment les connexions de bout, de cuivre de façon à l'emboîter par exemple dans une boîte de cuivre. Par ces dispositions, il a été possible d'obtenir d'un générateur à puis sance en marche continue de 1500 kilowatts, des impulsions électriques correspondant à une puissance de 200,000 kilowatts.
La construction du générateur devra être aussi rigide que possible, attendu que de grandes forces mécaniques se manifestent pendant le court-circuitage.
Le mécanisme interrupteur pour le court- circuitage momentané du générateur est re présenté au dessin dans deux formes d'exé cution. Dans l'une de celles-ci (fig. 5 à 7), un disque rotatif a de matière isolante, telle que de la fibre, de l'ébonite, etc., comporte à sa périphérie un segment conducteur b et est monté sur un arbre a1 pour être actionné de façon continue par le générateur, au moyen d'une transmission à engrenage, à chaîne, etc. Un frotteur c est en contact avec le disque a qui est ajusté de telle manière que lorsque le disque tourne dans le sens de la flèche (fig. 7), le segment conducteur b arrive sous ce frotteur au moment où la force élec tromotrice se trouve à zéro, de sorte que le circuit est fermé au moment exact voulu.
Un second frotteur, g, est encore prévu pour faire contact avec le disque, quand c'est requis, et est ajusté de telle manière que le segment b le quitte au moment où le courant tombe à zéro. Le courant entre par l'un des frotteurs précités et sort par l'autre. De cette façon, le segment b fermera le circuit de travail seulement pour l'intervalle de temps néces saire correspondant à la distance B-A (fig. 1 et 2). Pour obtenir une simple impulsion, le frotteur g, monté à pivot, ne reste pas ap puyé sur le disque et son segment pour une révolution entière de l'arbre a1, grâce à l'em ploi d'un dispositif de commande qui com prend une nervure hélicoïdale k sur ledit arbre et une came en forme de demi-écrou e, à guidage rectiligne et coopérant avec cette nervure.
Une tige f pourvue d'un galet m est appuyée par l'action d'un ressort sur la came e, la tige f s'engageant avec un levier e1 qui est disposé pour appuyer sur le frotteur g à l'encontre du ressort n. Lorsqu'on désire ob tenir l'impulsion envisagée, la came-écrou e est mise en plane, à la main, suer l'arbre a1 à droite de la position médiane représentée en fig. 5. Elle est ensuite déplacée à la main vers la gauche pour s'engager avec la nervure hélicoïdale k et passer à la position médiane représentée, pendant laquelle elle soulève la tige à galet f pour produire le contact néces saire du frotteur g sur le disque a. La came- écrou e comporte une languette latérale e2 qui se guide dans une coulisse rectangulaire du bâti, pendant son déplacement.
Dans la forme d'exécution de la fig. 8, une came 1 ayant trois surfaces-cames de rayons différents est montée sur un arbre actionné par le générateur et coopère avec un levier 2 pour repousser une tige-poussoir 3 à l'encontre d'un ressort 4. La tige 3, qui est à guidage rectiligne, agit sur une bielle mo bile 5 reliée aux éléments 6, 7 d'un levier à genouillère, articulé sur une tige 8 portant une plaque de cuivre ou pont isolée 9 dis posée pour s'engager avec deux balais 10 dans le circuit principal du générateur, lors que le levier à genouillère est redressé, à l'en contre de deux ressorts de rappel 12. La bielle 5 est suspendue à un bras 15 porté par l'armature d'un électro-aimant 14 dont la mission est de relever la bielle 5 au niveau de la tige-poussoir 3.
Une détente 11 est pré vue pour s'enclancher avec le levier 2 dans sa position extrême, cette détente étant sou mise à l'action d'un électro-aimant de dé- clanchement 13.
Le fonctionnement de ce mécanisme est le suivant: La came 1 tourne et le levier 2 en est tenu écarté par la détente 11. La bielle 5 est capable de tomber à la position représentée en pointillé. Le levier à genouillère 6, 7 est infléchi vers la droite (par rapport à sa ligne de point mort) et le pont 9 est relevé des ba lais 10 sous l'action des ressorts 12. Pour ob tenir l'impulsion envisagée, l'électro-aimant 13 est d'abord excité, par exemple en" ap- puyant sur un interrupteur à bouton inter calé dans son circuit, pour déclencher la dé tente 11 et libérer le levier 2 qui s'engage alors avec la came 1. Celle-ci, en tournant, agit par le levier 2 sur la tige, 3 de façon à la déplacer suivant le profil de la came.
En suite, l'électro-aimant 14 est excité pour faire relever la bielle 5 dans le chemin de la tige 3, au moment où le levier 2 repose sur la sur face-came du moindre rayon de courbure de la came 1. Avant ce mouvement de relève ment de la bielle 5, le mouvement de rotation de la came 1 ne peut pas affecter le levier à genouillère et les parties se trouvent dans une position de sécurité, mais dès que la bielle 5 se trouve relevée, il arrive que lorsque la came 1 vient repousser, par son bossage 1a, la tige 3, celle-ci repousse la bielle 5 pour redresser le levier à genouillère 6, 7 et fer mer par là le pont 9 sur les balais 10, la came 1 étant établie de telle manière par rapport au générateur qu'elle produise cette ferme ture au moment où le voltage du générateur est à zéro.
La came 1 a une conformation telle que le contact persiste jusqu'à ce que la surface active 1b de la came vienne agir sur le levier 2 pour repousser la bielle 5 davan tage et faire passer le levier à genouillère vers la gauche au delà de sa position de point mort, le pont 9 reprenant la position d'ouver ture, ce qui arrive justement au moment où le courant est sensiblement à zéro. L'électro aimant 13 est alors désexcité, ce qui permet à la détente 11 de réenclancher le levier 2 dans sa position extrême.
Pour remettre le mécanisme en état de réaliser une nouvelle impulsion, le levier à genouillère devra être ramené vers la droite au delà de sa position de point neutre, et pour permettre ce rame- nage sans fermer le circuit de travail, le pi vot de l'un des éléments de genouillère peut être mobile ou un interrupteur auxiliaire peut être monté en série avec l'interrupteur principal pour être ouvert temporairement.
Dans la disposition qui vient d'être dé crite, les moments de fermeture et d'ouver ture sont commandés par la came et des dé placements de la tige 3 dans la même direc- tion occasionnent tant la fermeture que l'in terruption du circuit de travail. Le levier 2 est en contact avec la came pendant une seule révolution seulement. En utilisant un inter rupteur à pont, la vitesse avec laquelle l'es pace d'air entre les contacts augmente est deux fois aussi grande que dans le cas d'un simple contact. Les bossages de la came de vront être soigneusement établis et le bos sage correspondant à la fermeture peut être fixé une fois pour toutes, tandis que le bos sage correspondant à l'interruption peut être réglable, attendu que le moment d'interrup tion dépend de l'impédance de la charge.
Comme en pratique le moment de l'inter ruption ne peut pas être prédéterminé exac tement et comme il doit toujours y avoir un faible courant au moment de l'interruption, la formation d'arcs peut être réduite au moyen d'un condensateur relié en dérivation sur l'endroit d'interruption ou au moyen d'un dispositif extincteur d'arc au voisinage des contacts d'interruption.
On voit que le mécanisme interrupteur n'établit et interrompt le contact qu'une seule fois seulement et exige ensuite sa remise en place. Ceci ne peut pas être effectué avant que les conditions passagères provenant du court-circuit ne soient passées. Néanmoins, des moyens automatiques sujets, ou non, à une opération de commande peuvent être pré vus pour provoquer la remise en place auto matique du mécanisme interrupteur après chaque interruption. Dans ces conditions, on pourra alors obtenir une série continue d'im pulsions électriques consécutives, le temps entre ces impulsions étant de durée suffisante pour permettre aux conditions passagères de passer.
On comprend qu'il n'est pas absolument nécessaire que l'interrupteur soit fermé à l'instant où l'onde de voltage est à zéro, at tendu que des impulsions électriques peuvent aussi être obtenues en fermant l'interrupteur à tout autre instant d'une périoid@e, bien que ces impulsions soient alors de moindre inten sité. Il est désirable en pratique d'ouvrir l'interrupteur au moment où le courant tombe à zéro, car autrement on risquerait une for mation sérieuse d'arcs et des endommage ments de l'appareil.