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"DISPOSITIF POUR LA COMMUTATION DE COURANTS DANS DES ENROULE- MENTS A PHASES MULTIPLES"
Il est connu que la tension de service des moteurs à cou- rant continu est limitée principalement par la différence de potentiel entre les lames du collecteur et le nombre de lames correspondant, par conséquent par les difficultés de la commu- tation.
Or, il a été reconnu qu'il est possible de tourner ces difficultés en substituant à la commutation mécanique du moteur à courant continu un processus de commutation tel que celui qui se passe dans un redresseur à vapeur de mercure, par exem- ple, cette substitution se réalise en reliant impérativement les différents points de l'enroulement d'un induit à courant continu, par l'intermédiaire de soupapes ou d'arcs voltaîques,
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aux conducteurs d'arrivée et de retour du courant continu. Il est possible d'utiliser dans ce but directement des tubes électroniques.
Mais si, pour l'absorption d'une puissance plus grande, l'on veut remplacer les tubes électroniques par des re- dresseurs à vapeur de mercure, il surgit une difficulté en ce sens qu'un arc de vapeur de mercure une fois allumé ne peut pas être éteint en appliquant simplement une tension négative sur la grille correspondante. Au contraire, au moyen de cette tension négative, on ne peut qu'empêcher l'allumage de l'arc, c'est-à-dire la formation d'un courant. Cet inconvénient de l'emploi d'un redresseur à vapeur de mercure dans le but envi- sagé s'évite, conformément à l'invention, en faisant effectuer tant l'amenée que le retour du courant, chacun à part, et en au moins deux points, voisins l'un de l'autre, de l'enroule- ment de l'induit, et en appliquant entre les points de raccor dement une tension alternative auxiliaire.
Cette tension alternative auxiliaire engendre un courant alternatif, lequel se superpose aubcourant continu de régime propre- ment dit qui circule, par fractions chaque fois égales, dans les divers conducteurs d'arrivée et de sortie de l'enroulement de l'induit. L'amplitude du courant alter- natif prend d'elle-même une valeur équivalente à celle du courant continu partiel régnant dans les conducteurs d'en- trée et de sortie. On obtient ainsi que, dans les conduc- eurs d'arrivée à l'induit et de retour, les courants- continus partiels passent périodiquement par zéro, tandis que le courant continu envoyé à travers l'induit n'est pas influencé par le courant alternatif superposé.
Ce passage périodique des courants partiels par la valeur zéro permet d'influencer l'arc à vapeur de mercure par une grille de polarité réversible au moyen du montage dé- crit ci-après, qui fait également partie de l'objet de l'invention.
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Auxdessinsannexés sont représentés schématiquement plu- sieurs exemples d'exécution. Il est supposé que le champ est fixe et que l'induit tourne. Avec le champ a, b sont reliés mécaniquement, de manière rigide, le col- lecteur c et les bagues d, e. L'enroulement en tambour f de l'induit est subdivisé pour plus de clarté en huit parties égales ; les points de raccordement sont désignés par I - VIII. Ces points sont raccordés aux soupapes dou- bles g1 - g8,les grilles des soupapes doubles diamétra- lement opposées étant connectées entre elles de telle ma- nière que la grille commandant l'entrée de l'une des sou- papes et la grille commandant la sortie de l'autre soupa- pe soient reliées au collecteur c par l'intermédiaire d'un balai commun.
Le collecteur c possède deux lames x, y, dont l'une est connectée électriquement avec la bague d et l'autre avec la bague e. A la bague , est appliquée la tension positive de la grille fournie par la batterie
B1 et à la bague e, la tension négative de la grille pro- venant de la batterie B2. Les électrodes des soupapes doubles sont raccordées à des lignes collectrices h ali- mentées par les sources de courant alternatif W1 W2. Les points neutres des sources de courant alternatif W1 W2 sont sortis et reliés aux conducteurs d'arrivée et de retour du courant continu; de même, les batteries Bl, B2 commandant les grilles sont connectées avec les pointe.; neutres.
Dans l'exemple représenté à la Fig. 1, les anodes des soupapes gl -g8 qui ne sont pas reliées à l'enroulement de l'induit sont reliées aux deux conduc- teurs circulaires positifs extérieurs h d'amenée du cou- rant; par contre, les cathodes sont reliées aux deux con- ducteurs négatifs intérieurs h de retour de courant. Dans
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la position représentée au dessin, les soupapes g2 et g3 jouent, le rôle de soupapes d'admission, tandis que les soupapes diamétralement opposées g6 et g7 agissent comme soupapes de sortie.
Le courant de commande des grilles provenant de la batterie Bl imprime aux grilles i2, i3, i6,i7 de ces soupapes, lesquelles grilles sont reliées entre elles au moyen de balais, un potentiel positif sup- plémentaire par l'intermédiaire de la bague 1 et de la lame positive. du collecteur c.
Ces soupapes sont par conséquent conductrices, de telle sorte que le courant passe des conducteurs circulaires positifs extérieurs par l'intermédiaire des poupapes g2 et g3 aux points 11, III de l'enroulement de l'induit et, en se répartissant des deux côtés, sort aux points VI, VII par l'intermé- diaire des soupapes g6 , g 7 dans les conducteurs circulai- res h. Par la rotation de l'induit dans la direction de la flèche ainsi provoquée par rapport au champ, le balai de la grille i7 passe de la lame positive du collecteur c sur la lame négative de ce même collecteur.
La grille i7 et la grille i3 qui est connectée avec elle par l'in- termédiaire du balai, se trouvent ainsi branchés sur la tension de commande négative des grilles, tandis que le balai de la grille i5 de la soupape g5 s'engage en même temps sur la lame positive du collecteur c. La soupape g5 et la soupape diamétralement opposée g1 qui est con- nectée avec elle, sont de ce fait rendues conductrices et ce sont elles qui se chargent alors de conduire ensemble
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le courant avec les soupapes enc6ré';exq1teg2 Çqg6. Ce jeu se répète au fur et à mesure que l'induit continue à tourner.
Le collecteur ç. peut aussi, en supprimant le champ d'excitation, tourner à une vitesse Quelconque
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par rapport aux balais, dans le but de créer un champ tournant d'une vitesse quelconque ou des systèmes poljr- phasés d'une fréquence quelconque.
Avec le dispositif représenté à la Fig. 1, il règne entre les deux lames du collecteur g la tension de régime intégrale. Afin d'éviter cet inconvénient, les grilles des soupapes doubles qui règlent l'entrée et la sortie sont alimentées, en conformité de la Fig. 2, par l'intermédiaire de collecteurs distincts.
Dès lors les connexions entre les grilles des soupapes doubles dia- métralement opposées sont supprimées dans ce cas et les grilles qui règlent l'admission sont accordées à des ba- lais spéciaux frottant sur un collecteur auxiliaire t dont les lames sont montées en potentiomètre par l'in- termédiaire de résistances convenables et reliées aux batteries Bl et B2 commandant les grilles en deux points dont les tensions respectives se trouvent d'une quantité déterminée au-dessous des valeurs positive et négative de la tension de service.
Le même résultat peut aussi s'obtenir au moyen d'un deuxième enroulement d'induit ayant même nombre de spires que l'enroulement principal et qui estmccordé en un point à ce dernier par l'intermédiaire d'une source de courant continu, cet enroulement étant relié aux lames du collec- teur auxiliaire t.
La fréquence des sources de courant alternatif
W1 et W2 doit être un multiple de la fréquence du système polyphasé produit, dans l'armature elle-même. Pour sim- plifier, Wl et W2 seront constituées par des transforma- teurs qui seront alimentée!' par une génératrice commune.
Les enroulements poimaires de ces transformateurs peuvent être montés en série dans le but d'obliger les courants alternatifs à avoir des amplitudes égales
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Loin d'avoir son application limitée aux moteurs à cou- rant continu à haute tension, le dispositif qui fait l'objet de l'invention est au contraire applicable aussi aux conver- tisseurs à haute tension de courant continu en courant continu; à cet effet, on peut par exemple doter d'un point neutre ar- tificiel le système électrique polyphasé, créé dans l'induit et produire la basse tension continue désirée par l'intermédiaire d'un redresseur, soit au moyen de prises de courant au primaire du transformateur à point neutre, soit à partir du côté secondaire'de ce transformateur;
ou bien l'on peut aussi disposer sur l'induit lui-même un deuxième en- roulement polyphasé monté en étoile et d'un nombre de spires quelconque, duquel on prend la tension continue désirée par l'intermédiaire d'un redresseur ou d'un col- lecteur. Le dispositif est applicable également aux con- vertisseurs de courant continu en courant alternatif ainsi qu'aux convertisseurs de fréquence. L'enroulement en tambour peut, toutes proportions gardées, être rempla- cé par l'enroulement d'un transformateur polyphasé à mon- tage polygonal ou suivant une combinaison de montage étoi- le et du montage polygonal. Les jeux de balais peuvent dans ce cas être mis en rotation mécaniquement à une vi- tesse quelconque mais correspondant à la fréquence dési- rée.
Pour améliorer la répartition du courant con- tinu de travail sur les différents conducteurs d'arrivée et de retour, on peut encore prévoir, outre l'enroulement d'excitation principal, un enroulement compensateur et des pôles auxiliaires.
La disposition décrite ci-dessus présente parfois le désavantage qu'en employant un seul ou plusieurs commutateurs pour les, balais reliés aux grilles, il se produit des étin- celles de.commutation parce qu'entre les lames de commutateur
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règne la tension intégrale de service. Suivant l'invention, on en peut parer à cet encenvénient en connectant les grilles d'entrée et les grilles de sortie, en permanence et par l'intermédiaire de résistances ohmiques au pôle positif ou au pôle négatif du système, ces mêmes grilles étant connectées périodiquement aux pôles opposés, par l'intermédiaire d'un contact rotatif avec balai.
Figs. 3 et 5 des dessins annexés représentent schémati- quement deux exemples de ces modes d'exécution de l'invention.
Fige. 4 et 6 montrent, sous une forme simplifiée, le fonc- tionnement de ces deux modes d'exécution. Fig. 7 à 10 montrent d'autres modes d'exécution.
Dans l'exemple représenté en Figo 3, f désigne l'enroulem ment de l'induit divisé en huit parties par exemple, dont les ' points de raccordement I à VIII sont reliés aux soupapes dou- bles g1 à g8. Les anodes de ces soupapes, non reliées à l'en- roulement de l'induit sont branchées aux deux conducteurs cir- culaires médians d'amenée de courant, h1, tandis que les ca- thodes des dites soupapes sont branchées sur deux conducteurs intérieurs da retour de courant, h2.Les grilles des soupapes doubles sont reliées d'une,part au collecteur c, par l'inter- médiaire de balais, et d'autre part, par l'intermédiaire de ré- sistances, aux conducteurs circulaires h ,
h dont le premier est raccordé au pôle positif de la batterie B 3 de commande des grilles et dont le deuxième est raccordé au pôle positif de la batterie B . La tension négative de la batterie B de comman- de des grilles est appliquée à la bague e, laquelle est reliée à la lame négative du collecteur c. Les deux conducteurs cir- culaires h1, h sont alimentés par les sources de courant al- ternatif W1, W2, lesquelles fournissent le courant alternatif auperposé au courant continu de travail. Les balais de deux soupapes avoisinantes sont représentés au dessin comme étant
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situés 1 'un à côté de l'autre, mais en réalité; ces balais sont disposés l'un derrière l'autre.
Dans la position repré- sentée au dessin, les soupapes g , g agissent comme soupapes d'admission ou d'entrée et les soupapes g5, g6 comme soupapes de sortie, c'est-à-dire les batteries BB soumettent les
1 3 grilles de ces soupapes à un potentiel positif par l'intermé- diaire de conducteurs h et h . Par conséquent, ces soupapes
3 4 sont conductrices de sorte que le courant peut passer à tra- vers l'enroulement de l'induit de la borne positive vers la borne négative et provoquer ainsi un mouvement de rotation re- latif entre l'induit et le champ.
Toutes les grilles des autres soupapes reçoivent le po- tentiel négatif par l'intermédiaire de la lame négative du collecteur g et de la bague e; ces grilles ne sont donc pas excitées. Lors de la rotation de l'induit par rapport au champ, le collecteur c rend successivement conductrices et non conduc- trices des paires de soupapes diamétralement opposées.
Comme le montre mieux la Fig. 4, la tension négative de la batterie B2 est appliquée à la grille ie de la soupape d'admis- sion ou d'entrée et la grille ia de la soupape de sortie,, diamétralement opposée, par l'intermédiaire des balais de ces grilles, frottant contre la lame négative du collecteur c et de l'arbre de l'induit. Par contre, aprèsune rotation du col- lecteur d'environ 180 , c'est la tension positive des batteries B1 B3 qui se trouve appliquée à ces grilles par l'intermédiaire des résistances R et des conducteurs h h . Les résistances R
3 4 sont dans ce cas branchées sur les conducteurs circulaires po- sitifs, elles sont donc conductrices-pendant la plus grande 'partie du mouvement de commutation et doivent être calculées pour un courant permanent.
Dans l'exemple d'exécution suivant Figs. 5 et 6, on a ré- duit la période pendant laquelle les résistances R sont con- ductrices, en les branchant sur 1 conducteur circulaire né-
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gatif, de sorte que ces résistances ne sont conductrices que .pendant la courte période de l'application de la change posi- 'or ' tive aux grilles.
La disposition suivant Fige. 5, 6 diffère de celle repré- sentée aux Fige. 3,4 en ce que le potentiel positif des batte- ries B , B est appliqué aux grilles par l'intermédiaire de bagues@m, n et de collecteurs o, p, au bien d'être appliqué par l'intermédiaire des conducteurs circulaires, tandis que le pôle négatif de la batterie B 2 est relié à un conducteur cir- culaire h5 auquel sont branchées toutes les grilles avec inter- position de résistances. La Fig. 4 permet de voir que les ré- sistance de charge R ne sont conductrices que pendant la cour- te période de l'application de la charge positive aux grilles le et ia, c'est-à-dire aussi longtemps que les lames négatives o, p, sont en contact avec les balais reliés aux grilles.
Cette disposition peut être simplifiée comme montré en
Fig. 7 en ce sens que le potentiel positif est appliqué à la grille de sortie en raccordant cette dernière à la résistance
R de la grille d'admission ou d'entrée, ce qui permet de sup- primer la batterie B , le collecteur p et la bague m.
Des tensions transversales se produisent dans des par- ties de l'enroulement f situées dans l'axe longitudinal du système, entre deux points de raccordement du dit enroulement et auxquelles est appliquée la tension du courant continu et celle du courant alternatif. Afin d'éviter ces tensions trans- versales, les points de raccordement de l'enroulement/situés à proximité de l'axe transversal du système sont reliés aux anodes d'une soupape dont la cathode ± est reliée au point neutre artificiels de l'enroulement(Fig. 8). Les grilles de cette soupape sont commandées simultanément avec les soupa- pes d'admission et de sortie, situées dans l'axe longitudinal du système de sorte que ces grilles sont coutt-circuitées
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périodiquement.
Ceci permet d'éviter les tensions transver- sales pouvant se produire dans le système. La. commande des grilles i9 de cette soupape r s'effectue utilement par raccor- dement sur la résistance R pour les grilles d'entrée, comme montré en Fig. 9. La Fig. 10 montre la même disposition que la Fig. 8, avec cette différence que les anodes destinées à compenser la tension transversale sont reliées aux points de raccordement appropriés d'un enroulement compensateur spécial .il couplé magnétiquement avec l'enroulement principal et commuté d'une manière analogue; cet enroulement de compen- sation avec rapport de bobinage quelconque ayant de plus,en commun avec l'enroulement principal,le point neutre et les enroulements de point neutre.