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"PROCEDE DE CORRECTION DES OSCILLATIONS DE LA TENSION
AUX BORNES D'UN CIRCUIT A COURANT CONTINU ALIMENTE PAR UN REDRESSEUR DE COURANTS ALTERNATIFS"
On sait que la tension fournie par un redres- seur de courants alternatifs présente des oscillations périodiques autour de sa valeur moyenne.
En fait, on peut considérer que cette tension se compose d'une tension rigoureusement continue, égale à cette valeur moyenne, et d'une tension alternative égale à la différence entre la tension totale du redres- seur et la tension de valeur moyenne. C'est la composante alternative de la tension du redresseur qui détermine des oscillations périodiques du courant débité et entraîne une gêne pour l'application du redresseur. Par exemple ces oscillations induisent des courants parasites et per-
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turbateurs dans les lignes téléphoniques qui avoisinent les lignes du réseau à courant continu ; elles échauffent la masse magnétique des moteurs à courant continu et elles peuvent troubler la commutation de ces moteurs.
' On s'est naturellement efforcé par divers moyens d'amortir la composante alternative de la tension des redresseurs. On intercale, par exemple, à cet effet, une bobine de self de grande réactance et de faible résis- tance dans le circuit alimenté par le redresseur. Cette bobine, parcourue par le courant total débité, développe sous l'effet des oscillations du courant une force contre- électromotrice de self-induction qui s'oppose à la compo- sante alternative de la tension du redresseur. Ce procédé ne permet pas d'amortir complètement cette dernière, parce que la bobine ne développe la force électromotrice dtamor- tissement que s'il subsiste une oscillation du courant qui la parcourt. Pour obtenir un amortissement parfait, il faudrait une bobine de dimensions infinies.
Un autre procédé consiste à installer une batterie d'accumulateurs en dérivation du circuit .alimenté par le redresseur. La force électromotrice de la batterie forme barrage pour la composante continue de la tension du redresseur, tandis que la composante alternative fait circuler un courant alternatif dans la batterie. Le rôle de la batterie revient donc à court-circuiter le redres- seur au point de vue de la composante alternative de sa tension,,,Or, pour que l'amortissement soit suffisant, la résistance intérieure de la batterie tampon doit être négligeable par rapport à la résistance du circuit ali- menté par le redresseur et la batterie doit présenter de
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très grandes dimensions, ce qui rend le procédé peu pratique.
Un autre procédé dérive du précédent : la bat- terie d'accumulateurs est remplacée par un moteur à courant continu présentant une faible impédance inté- rieure. Ce procédé est encore moins pratique que le précédent, en raison de la difficulté de construire un moteur qui ait une impédance négligeable par rapport à celle du circuit alimenté par le redresseur.
D'autres procédés utilisent des combinaisons de selfs et de capacités pour court-circuiter le redres- seur par rapport à la composante alternative de sa tension. Ces circuits dtamortissement sont montés en dérivation aux bornes du circuit d'utilisation, direc- tement ou par ltintermédiaire d'un transformateur ; leur fréquence de résonance électrique est celle de la composante alternative de la tension du redresseur ou de ses harmoniques, de sorte qu'ils offrent un che- min facile au courant qu'y fait circuler la dite compo- saute. Les procédés basés sur ce principe donnent un amortissement imparfait parce que l'énergie perdue dans les circuits dérivés est fournie aux dépens d'une oscil- lation résiduelle de la tension du redresseur.
D'autres procédés emploient un transformateur auxiliaire, don le secondaire est inséré dans le cir- cuit dtutilisation, tandis que le primaire est inséré dans un circuit comprenant un condensateur et dérivé aux bornes du circuit d'utilisation. Il se développe dans l'enroulement secondaire du transformateur une force électromotrice opposée à la composante alternative de la tension du redresseur, qui équilibre plus ou moins bien celle-ci. Le condensateur du circuit primaire
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empêche le passage du courant continu dans ce circuit.
Ce procédé est encore imparfait, parce que l'énergie cor- respondant aux pertes doit être fournie par une oscilla- tion résiduelle de la tension'appliquée au circuit d'utilisation.
Enfin, dtautres procédés emploient également un transformateur auxiliaire dont le secondaire est inséré dans le circuit d'utilisation mais dont lepri- maire est excité par un courant alternatif, débité par des lampes à trois électrodes. Démission électronique de ces lampes dépend de la tension instantanée du redresseur. La force électromotrice développée dans le secondaire du transformateur auxiliaire équilibre la composante alternative de la tension du redresseur. Ces procédés permettent de pousser très loin l'amortissement des oscillations, paree que l'excitation des grilles des lampes triodes n'absorbe qu'une énergie insignifiante.
Cependant, l'emploi des lampes triodes n'est pratique que si la puissance qufon leur demande est relativement faible 'comme, par exemple, lorsqu'il s'agit d'amortir les harmoniques qui troublent les communications télépho- niques dans le voisinage d'un réseau alimenté par des redresseurs hexaphasés ; par contre,dans le cas d'un redresseur à deux anodes, l'emploi des lampes triodes n'est plus pratique, parce,que la puissance déwattée quelles doivent fournir au transformateur est trop importante.
Le procéda faisant l'objet de la présente
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invention diffère-des prcédents--en,..ce 'que "l'excitation du-.transformateur auxiliaire est fournie par un alterna- teur spécial. Il permet de pousser aussi loin qu'on .veut l'amortissement des oscillations de la tension du )redresseur,
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Il est applicable, d'une part, quelle que soit l'im- portance des oscillations .en-question et quelle que soit leur loi de variation en fonction du temps et, d'autre part, quel que soit le type du redresseur : redresseur à vapeur de mercure, soupape électrolytique, tube à décharge électronique, commutateur mécanique et même combinaison quelconque de redresseurs quelconques, le redresseur pouvant être alimenté par du courant monophasé ou par des courants polyphasés.
Sur le dessin ci-annexé auquel on se réfère dans la description qui va suivre : la fig. 1 montre schématiquement, à titre d'exemple,les liaisons électriques des appareils permettant la réalisation de l'invention ; la fig. 2 représente, à titre d'exemple, la'tête des bobinages d'un alternateur spécial dans un cas particulier.
Pour fixer les idées, on a engagé ltapplication du nouveau procédé à un redresseur à vapeur de mercure R, compor- tant deux anodes alimentées par un transformateur de courant monophasé. Un transformateur auxiliaire T a son enroulement secondaire a b inséré dans le circuit d'utilisation de
2 2 sorte qu'il est parcouru par le courant total débité par le redresseur R. L'enroulement primaire a1 b1 de T est excité par un alternateur monophasé A, dont la construction particu- lière sera exposée par la suite, de telle sorte qu'il se développe dans l'enroulement ah une force électromotrice 2 2 très sensiblement égale et opposée à la composante alternative de la tension du redresseur R. Ainsi, cette composante se trouve équilibrée à chaque instant et elle est, par suite, sans effet sur la tension aux bornes du circuit d'utilisation.
Ltalternateur A est entraîné par un petit moteur synchrone M, alimenté par le même réseau que le redresseur
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R, qui remplit un double but : Il fournit l'énergie perdue' dans le transformateur T et dans l'alternateur A et il' cons.- titue l'organe de liaison indispensable entre l'alternateur A et le redresseur R qui maintient la force électromotrice induite dans l'enroulement secondaire a b de T rigoureusement 2 2 en opposition de phase avec la composante alternative de la tension du. redresseur R.
Le moteur M est de faible puissance : la puissance qutil fournit doit: seulement compenser les pertes qui se produisent dans l'alternateur A et dans le transforma- teur T ; la puissance moyenne utile développée par l'alterna- teur A est nulle parce qu'elle correspond au travail d'une force électromotrice alternative sur un courant continu.
1 Le transformateur T peut fonctionner avec une magné- tisation préalable due au passage du courant du redresseur R dans l'enroulement secondaire a b
2 2
L'alternateur A est l'organe essentiel et caractéris- tique de l'invention. Pour que sa force électromotrice induise dans le secondaire a b de T une force électromotrice qui
2 2 équilibre parfaitement les oscillations de la tension du re- dresseur, elle doit varier suivant une loi qui dépend des pro- priétés électriques du transformateur T, de la réaction interne de l'alternateur A et de la fonction du temps définissant la tension du redresseur.
Si on repère la forceélectromotrice de A par rapport à la même origine des temps que la tension du réseau qui alimente le redresseur et si on désigne par e = (t) la valeur instantanée de la force électromotrice qu'il faudrait faire produire à l'alternateur A pour obtenir un amor- tissement parfait des oscillations de la tension du redresseur, la fonction (t) est une fonction
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alternative du temps, dont la fréquence F est un multiple de la fréquence 1: du réseau. Dans le cas d'un redresseur à deux anodes alimentées par un transfor- mateur de courant monophasé, on a F - 2 f ; dansle cas d'un redresseur triphasé, F = 3 f ; dans le cas d'un redresseur hexaphasé, F . 6 f;etc.....
La fonction (t) ntest pas une fonction sinusoïdale simple du temps. En faisant l'analyse har- monique de (t), on peut la développer suivant la série Fourrier :
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e à * f (t) . e 1 . e 2 + e of e 4 +...... (1) &(t) , 1234 où e , e , e , e sont des fonctions sinusoïdales sim-
1 2 3 4 ples du temps, dont les fréquences sont respectivement :
F, 2 F, 3 F, 4 F ......
En considérant l'expression (1) on peut envisager un moyen qui permettrait de produire la force électromotrice le . On installerait une série infinie a
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d'alternateurs élémentaires A1, 12, A3, A4..... propor-
1 2 3 4 tiennes pour produire respectivement et exactement les forces électromotrices e , e , e , e ..... quand ils
1 2 3 4 seraient entraînés par le moteur .synchrone M.
Les rotors de ces alternateurs seraient tous calés sur un même arbre solidaire du dit moteur M et les angles de calage des rotors,mesurés par rapport à un axe polaire du moteur M, seraient ceux qui respectent le décalage des harmoniques e , e , e , e ......par rapport à
1 2 3 4 l'origine des temps choisie : ces angles dépendraient donc du décalage des harmoniques composant e et aussi du retard angulaire présenté par le rotor du moteur M par rapport à la tension du réseau qui l'alimente.Les stators de tous les alternateurs élémentaires seraient
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groupés en série.
On comprend aisément que/la force électromotrice induite dans le circuit des stators serait exactement e . a
La réalisation pratique de la solution exposée ci-dessus serait trop compliquée; aussi est-il préférable de grouper les alternateurs élémentaires A1' A2.... en un seul alternateur A.
Ce groupement desalternateurs élémentaires en un seul est basé sur la propriété suivante :
On considère un rotor d'alternateur à 2 p pâles tournant à une vitesse angulaire constante w et créant un champ magnétique sinusoïdal dans l'entrefer dtun stator à 2 p' pôles. Les enroulements de ce stator sont disposés symétriquement par rapport à ses axes polaires et ses barres sont reliées entre elles en série.
Chaque barre du stator est, dans ces conditions, le siège d'une force électromotrice qui est une fonction sinusoi- dale du temps de fréquence f' - w p/2 et les forces 2# électromotrices ainsi induites stajoutent entre elles, pour donner la force électromotrice induite dans l'en- semble du stator. Deux cas peuvent alors de présenter : 1) Si 2 p/2 p + 1 est un nombre pair, la force électromotrice
2 p' résultante est différente de zéro.
2) Si --2--0 1 n'est pas un nombre pair, (c'est-à-dire 2 p' est un nombre impair ou fractionnaire) la force électromotrice résultante est constamment nulle, parce. que les forces électromotrices élémentaires s'équilibrent à chaque instant.
Cette propriété est appliquée de la façon suivante ;les parties magnétiques de l'alternateur A étant proportionnées pour développer la puissance appa- rente absorbée par le transformateur T et la section des enroulements du stator de l'alternateur A étant choisie
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pour admettre le courant qui doit être envoyé dans le' primaire a1 h 1 de T :
1 .- le stator et le rotor de l'alternateur A portent chacun un enroulement à p1 p61es, enroulements proportionnés et répartis pour créer par leur action combinée la force électromotrice e , qui est le premièr harmonique de e ,de fréquence F. a On choisit p = w#F/#, # désignant 1 # la vitesse angulaire à laquelle le moteur synchrone M entraine le rotor de A.
2 ,.. le dit stator et le dit rotor portent, en outre, chacun un enroulement à 2 x 2 p1 pales. Ces en- roulements sont proportionnés et répartis pour induire par leur action combinée la force électromotrice e de fréquence 2 f,quiest le second harmonique de e . -En vertu de la propriété qui a été énoncée,.l'enroulement de rotor à 2 p1 pôles est sans action sur l'enroulement de stator à 2 x 2 p1 pôles et l'enroulement de rotor à 2 x 2 p1 pôles est sans action sur l'enroulement de sta- tor à 2 p1 pales.
3 .- le rotor porte enfin un enroulement à 3 x 2 p1 pales. qui est proportionné pour induire dans l'enroulement de stator à 2 p1 pôles la force électromotrice e ,de fréquence 3 F,qui est le troisième harmonique de e .
L'enroulement de rotor à 3 x 2 p pôles est sans action sur l'enroulement de stator à 2 x 2 p1 pales, en vertu de la propriété énoncée précé- demment.
D'une façon générale, quand on se pro- pose d'engendrer la composante harmonique ek de la force
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électromotrice e , deux cas peuvent se présenter:
1) Il peut arriver que le rotor à k x 2 p1 pôles soit sans action sur tous les stators ayant un nombre de pôles g x 2 p inférieur à x 2 p , c'est-à-dire qu'il peut arriver que + 1 = k x 2 p + 1 = k+1 ne soit jamais un nombre pair.
Dans ce -cas; on ins- talle le rotor et le stator avec des enroulements . comportant chacun k x 2 p 1 pôles et proportionnés pour développer la force électromotrice e . k 2) Il peut aussi arriver que le rotor à k x 2 p1 pôles soit capable d'induire une force électromotrice,de fréquence k F dans un ou plusieurs enroulements de stator, dont le nombre de pôles est inférieur à k x
2 p , c'est-à-dire qu'il peut arriver que 1 soit un nombre pair pour une ou plusieurs valeurs de g.
Dans ce cas, on se contente d'installer le rotor avec un enroulement à k x 2 . p l pales. Il est propor- tionné pour que la somme des forces électromotrices induites dans les enroulements de stator sur lesquels il a une action, soit précisément égale à l'harmoni- que d'ordre k de la force électromotrice e .
Les angles des axes des enroulements de l'alternateur 4 avec les axes polaires du rotor du moteur M sont choisis pour donner le décalage voulu aux harmoniques e , e ......e Bien entendu, le choix de ces angles se fait en tenant compte du retard que le moteur synchrone d'entrainement M présente sur la ten- sion du réseau qui alimente le redresseur R.
Les enroulements superposés du stator de l'alternateur étant tous réunis en série, les for- ces électromotrices induites dans ces enroulements se
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composent en une résultante unique.
Théoriquement, la méthode exposée permet de ré- duire autant qu'on veut la différence résiduelle entre la force électromotrice créée par l'alternateur A et la force électro- motrice qu'il aurait dû créer pour produire un amortissement parfait des oscillations de la tension appliquée au circuit d'utilisation.
En réalité, la force électromotrice résultante qui est induite dans le stator de l'alternateur A n'est pas rigou- reusement égale à e : En effet, si on a poussé la superpo- a sition des enroulements jusqu'à créer l'harmonique d'ordre n, la force électromotrice résultante est limitée à la somme des n premiers harmoniques de e . En fait, l'erreur résiduelle n'a pas d'importance, parce que l'amplitude des harmoniques de e a diminue rapidement quand l'ordre de l'harmonique considéré croit et parce que la self-induction naturelle des circuits empêcherait efficacement la propagation des harmoniques de fréquence élevée.
Ainsi qu'il a été dit précédemment, on a représenté schématiquement sur la fig. 2, la tête des bobinages d'un al- ternateur conçu dans un cas particulier pour créer les trois premiers harmoniques qui composent la force électromotrice ea,on a fait 2 p1 = 4.
Il est naturellement loisible,sans sortir du cadre de l'invention, d'appliquer le nouveau procédé de correction des oscillations de la tension aux bornes d'un circuit à courant continu alimenté par un redresseur de courants alternatifs, de manière à réaliser des variantes présentant les caractéristiques sus-indiquées et se comportant pratiquement de la même façon que l'exemple d'application décrit ci-dessus en regard des fig.l et 2
Ainsi, dans l'exposé qui précède,on a supposé que les forces électromotrices e1'e ..induites dans les enroulements du stator variaient, en fonction du temps, suivant une loi sinusoïdale simple. Des circonstances ....................
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spéciales peuvent empêcher de répartir et de disposer les enroulements pour que cette hypothèse soit suffi- samment réalisée.
Le procédé, objet de l'invention, s'applique encore dans ce cas , de la façon suivante : les enroulements d'ordre k de l'alternateur A sont conçus pour développer une force électromotrice de fréquence k F, dont l'harmonique fondamentale est égal à lthar-: monique e de e , diminué( de tous les harmoniques de k a fréquence k F que peuvent présenter les forces électro- - motrices induites dans les enroulements dont l'ordre est inférieur à k.
De cette façon, 'l'installation des enrou- lements d'ordre k corrige tous les écarts qui sont chif- frés par une fonction de fréquence k F et qui pourraient avoir été introduits par l'installation des enroulements d'ordre inférieur à k. L'erreur' résiduelle présentée par la force électromotrice résultante est alors de même fréquence que dans le cas qui la été exposé en premier lieu.
A la place de l'alternateur unique A, on peut prévoir plusieurs alternateurs; dont les stators et rotors seraient conçus pour produire le même effet que A, quand les stators sont réunis en série.
Au lieu d'obtenir tous les harmoniques de e à l'aide de superposition d'enroulements, on peut créer certains - d'entre eux - partiellement ou totalement par une répartition convenable des enroulements de stator et de rotor et par des proportions déterminées données aux parties magnétiques de l'alternateur A.
, , On peut aussi remplacer le moteur synchrone M du type ordinaire, par tout moteur, électrique ou autre, jouissant de la propriété de tourner rigoureusement en synchronisme avec la pulsation du réseau qui alimente le
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redresseur R.
Si on pouvait se contenter d'un amortissement très grossier des oscillations de la tension du redresseur, on pourrait même supprimer le moteur M ; dans ce cas, les oscillations résiduelles du courant qui traverse l'enrou- lement secondaire a b du transformateur T seraient -2-2 capables de maintenir la rotation synchrone de A et de fournir au dispositif l'énergie absorbée par les pertes.
Enfin, le procédé d'amortissement qui fait l'objet de la présente invention peut naturellement être employé en liaison avec tout autre procédé visant au même but.
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"TENSION OSCILLATION CORRECTION PROCESS
AT THE TERMINALS OF A DIRECT CURRENT CIRCUIT SUPPLIED BY AN ALTERNATIVE CURRENT RECTIFIER "
It is known that the voltage supplied by an alternating current rectifier exhibits periodic oscillations around its mean value.
In fact, it can be considered that this voltage is composed of a strictly continuous voltage, equal to this mean value, and of an alternating voltage equal to the difference between the total rectifier voltage and the mean value voltage. It is the AC component of the rectifier voltage which determines periodic oscillations of the current supplied and causes discomfort for the rectifier application. For example these oscillations induce parasitic currents and per-
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turbators in telephone lines adjacent to direct current network lines; they heat the magnetic mass of direct current motors and they can interfere with the commutation of these motors.
Naturally, various means have been attempted to damp the AC component of the voltage of the rectifiers. For this purpose, for example, a high reactance and low resistance choke coil is inserted in the circuit supplied by the rectifier. This coil, through which the total current delivered, develops under the effect of the oscillations of the current a self-induction counter-electromotive force which opposes the AC component of the rectifier voltage. This process does not allow the latter to be completely damped, because the coil only develops the electromotive damping force if there is an oscillation of the current flowing through it. To obtain perfect damping, you would need a coil of infinite dimensions.
Another method consists in installing an accumulator battery bypassing the circuit supplied by the rectifier. The electromotive force of the battery forms a barrier for the DC component of the rectifier voltage, while the AC component causes an alternating current to flow through the battery. The role of the battery therefore amounts to short-circuiting the rectifier from the point of view of the AC component of its voltage ,,, However, for the damping to be sufficient, the internal resistance of the buffer battery must be negligible by compared to the resistance of the circuit supplied by the rectifier and the battery must present
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very large dimensions, which makes the process impractical.
Another method derives from the previous one: the accumulator battery is replaced by a direct current motor having a low internal impedance. This method is even less practical than the previous one, because of the difficulty of constructing a motor which has a negligible impedance compared to that of the circuit supplied by the rectifier.
Other methods use combinations of inductors and capacitors to short-circuit the rectifier against the AC component of its voltage. These damping circuits are branched out to the terminals of the user circuit, directly or through a transformer; their electrical resonant frequency is that of the AC component of the rectifier voltage or of its harmonics, so that they provide an easy path for the current circulated by said compound. Methods based on this principle give imperfect damping because energy lost in branch circuits is supplied at the expense of residual oscillation in the rectifier voltage.
Other methods employ an auxiliary transformer, where the secondary is inserted into the user circuit, while the primary is inserted into a circuit including a capacitor and branched across the user circuit. An electromotive force that is opposed to the AC component of the rectifier voltage develops in the secondary winding of the transformer, which balances the latter more or less well. The primary circuit capacitor
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prevents the passage of direct current in this circuit.
This process is still imperfect, because the energy corresponding to the losses must be supplied by a residual oscillation of the voltage applied to the user circuit.
Finally, other methods also employ an auxiliary transformer, the secondary of which is inserted into the user circuit, but the primary of which is excited by an alternating current, supplied by lamps with three electrodes. Electronic resignation of these lamps depends on the instantaneous voltage of the rectifier. The electromotive force developed in the secondary of the auxiliary transformer balances the AC component of the rectifier voltage. These processes make it possible to push the damping of the oscillations very far, so that the excitation of the grids of the triode lamps only absorbs insignificant energy.
However, the use of triode lamps is only practical if the power demanded of them is relatively low, as, for example, when it comes to damping the harmonics which disturb telephone communications in the vicinity of. 'a network supplied by six-phase rectifiers; on the other hand, in the case of a rectifier with two anodes, the use of triode lamps is no longer practical, because the dewatted power which they must supply to the transformer is too great.
The procedure that is the subject of this
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The invention differs from the foregoing in that the excitation of the auxiliary transformer is provided by a special alternator. This allows the damping of the oscillations of the oscillations to be pushed as far as desired. rectifier voltage,
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It is applicable, on the one hand, whatever the magnitude of the oscillations in question and whatever their law of variation as a function of time and, on the other hand, whatever the type of the rectifier: mercury vapor rectifier, electrolytic valve, electronic discharge tube, mechanical switch and even any combination of any rectifiers, the rectifier being able to be supplied by single phase current or by polyphase currents.
In the attached drawing to which reference is made in the description which follows: FIG. 1 schematically shows, by way of example, the electrical connections of the devices allowing the realization of the invention; fig. 2 shows, by way of example, the head of the windings of a special alternator in a particular case.
To settle ideas, the application of the new process was started on a mercury vapor rectifier R, comprising two anodes supplied by a single-phase current transformer. An auxiliary transformer T has its secondary winding a b inserted in the use circuit of
2 2 so that it is traversed by the total current supplied by the rectifier R. The primary winding a1 b1 of T is excited by a single-phase alternator A, the particular construction of which will be explained later, so that 'an electromotive force 2 2 develops in the winding ah very substantially equal to and opposed to the AC component of the voltage of the rectifier R. Thus, this component is balanced at all times and it therefore has no effect on the voltage across the user circuit.
The alternator A is driven by a small synchronous motor M, supplied by the same network as the rectifier
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R, which fulfills a double purpose: It supplies the energy lost 'in the transformer T and in the alternator A and it' constitutes the indispensable link between the alternator A and the rectifier R which maintains the electromotive force induced in the secondary winding ab of T rigorously 2 2 in phase opposition with the AC component of the voltage of. rectifier R.
The engine M is of low power: the power it supplies must: only compensate for the losses which occur in the alternator A and in the transformer T; the average useful power developed by the alternator A is zero because it corresponds to the work of an alternating electromotive force on a direct current.
1 The transformer T can operate with a prior magnetization due to the passage of the current from the rectifier R in the secondary winding a b
2 2
The alternator A is the essential and characteristic component of the invention. So that its electromotive force induces in the secondary a b of T an electromotive force which
2 2 perfectly balances the oscillations of the rectifier voltage, it must vary according to a law which depends on the electrical properties of the transformer T, on the internal reaction of the alternator A and on the function of time defining the voltage of the rectifier.
If we locate the electromotive force of A with respect to the same origin of the times as the voltage of the network which supplies the rectifier and if we denote by e = (t) the instantaneous value of the electromotive force that it would be necessary to make the alternator A to obtain a perfect damping of the oscillations of the rectifier voltage, the function (t) is a function
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time alternative, whose frequency F is a multiple of the network frequency 1:. In the case of a rectifier with two anodes supplied by a single-phase current transformer, we have F - 2 f; in the case of a three-phase rectifier, F = 3 f; in the case of a six-phase rectifier, F. 6 f; etc .....
The function (t) is not a simple sinusoidal function of time. By doing the harmonic analysis of (t), we can develop it according to the Fourrier series:
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e to * f (t). e 1. e 2 + e of e 4 + ...... (1) & (t), 1234 where e, e, e, e are sinusoidal functions sim-
1 2 3 4 times, the frequencies of which are respectively:
F, 2 F, 3 F, 4 F ......
By considering expression (1) we can envisage a means which would make it possible to produce the electromotive force le. We would install an infinite series
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elementary alternators A1, 12, A3, A4 ..... propor-
1 2 3 4 yours to produce respectively and exactly the electromotive forces e, e, e, e ..... when they
1 2 3 4 would be driven by the synchronous motor M.
The rotors of these alternators would all be wedged on the same shaft integral with said motor M and the rotation angles of the rotors, measured with respect to a polar axis of the motor M, would be those which respect the offset of the harmonics e, e, e, e ...... compared to
1 2 3 4 the origin of the times chosen: these angles would therefore depend on the offset of the harmonics component e and also on the angular delay presented by the rotor of the motor M with respect to the voltage of the network which supplies it. The stators of all the elementary alternators would be
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grouped in series.
It is easily understood that / the electromotive force induced in the circuit of the stators would be exactly zero. at
The practical realization of the solution set out above would be too complicated; it is therefore preferable to group the elementary alternators A1 'A2 .... in a single alternator A.
This grouping of elementary alternators into one is based on the following property:
Consider a 2p pale alternator rotor rotating at a constant angular speed w and creating a sinusoidal magnetic field in the air gap of a 2pole stator. The windings of this stator are arranged symmetrically with respect to its pole axes and its bars are connected together in series.
Each bar of the stator is, under these conditions, the seat of an electromotive force which is a sinusoidal function of the time of frequency f '- wp / 2 and the electromotive forces thus induced are added between them, to give the force electromotive induced in the stator assembly. Two cases can then present: 1) If 2 p / 2 p + 1 is an even number, the electromotive force
2 p 'resulting is different from zero.
2) If --2--0 1 is not an even number, (i.e. 2 p 'is an odd or fractional number) the resulting electromotive force is constantly zero, because. that the elementary electromotive forces balance each other at every moment.
This property is applied as follows; the magnetic parts of the alternator A being proportioned to develop the apparent power absorbed by the transformer T and the section of the stator windings of the alternator A being chosen
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to admit the current which must be sent in the 'primary a1 h 1 of T:
1 .- the stator and the rotor of the alternator A each carry a winding with p1 poles, windings proportioned and distributed to create by their combined action the electromotive force e, which is the first harmonic of e, of frequency F. a On chooses p = w # F / #, # designating 1 # the angular speed at which the synchronous motor M drives the rotor of A.
2, .. said stator and said rotor furthermore each carry a 2 x 2 blade winding. These windings are proportioned and distributed to induce by their combined action the electromotive force e of frequency 2 f, which is the second harmonic of e. - By virtue of the property which has been stated, the 2 pole 1 pole rotor winding is without action on the 2 x 2 pole 1 pole stator winding and the 2 x 2 pole 1 pole rotor winding is without action on the 2-blade stator winding.
3 .- the rotor finally carries a winding with 3 x 2 p1 blades. which is proportioned to induce in the 2 pole stator winding the electromotive force e, of frequency 3 F, which is the third harmonic of e.
The 3 x 2 pole rotor winding has no action on the 2 x 2 pole 1 blade stator winding by virtue of the property stated above.
In general, when we propose to generate the harmonic component ek of the force
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electromotive e, two cases can arise:
1) It can happen that the rotor with kx 2 p1 poles is without action on all the stators having a number of poles gx 2 p less than x 2 p, that is to say that it can happen that + 1 = kx 2 p + 1 = k + 1 is never an even number.
In that case; the rotor and stator are installed with windings. each comprising k x 2 p 1 poles and proportioned to develop the electromotive force e. k 2) It may also happen that the rotor with k x 2 p1 poles is able to induce an electromotive force, of frequency k F in one or more stator windings, the number of poles of which is less than k x
2 p, that is, it can happen that 1 is an even number for one or more values of g.
In this case, we just install the rotor with a winding at k x 2. p l blades. It is proportioned so that the sum of the electromotive forces induced in the stator windings on which it has an action, is precisely equal to the harmonic of order k of the electromotive force e.
The angles of the axes of the windings of the alternator 4 with the polar axes of the rotor of the motor M are chosen to give the desired offset to the harmonics e, e ...... e Of course, the choice of these angles is made by taking into account the delay that the synchronous drive motor M presents on the network voltage which supplies the rectifier R.
The superimposed windings of the stator of the alternator being all assembled in series, the electromotive forces induced in these windings are
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compose into a single result.
Theoretically, the exposed method makes it possible to reduce as much as we want the residual difference between the electromotive force created by the alternator A and the electromotive force which it should have created to produce a perfect damping of the oscillations of the voltage. applied to the circuit of use.
In reality, the resulting electromotive force which is induced in the stator of alternator A is not strictly equal to e: In fact, if we have pushed the superposition of the windings until creating the harmonic of order n, the resulting electromotive force is limited to the sum of the first n harmonics of e. In fact, the residual error does not matter, because the amplitude of the harmonics of ea decreases rapidly as the order of the harmonic considered increases and because the natural self-induction of the circuits would effectively prevent the propagation high frequency harmonics.
As has been said previously, there is shown schematically in FIG. 2, the head of the coils of an alternator designed in a particular case to create the first three harmonics which make up the electromotive force ea, we have made 2 p1 = 4.
It is naturally permissible, without departing from the scope of the invention, to apply the new method of correcting the oscillations of the voltage at the terminals of a direct current circuit supplied by an alternating current rectifier, so as to produce variants. having the above-indicated characteristics and behaving in practically the same way as the application example described above with reference to fig. 1 and 2
Thus, in the foregoing discussion, it has been assumed that the electromotive forces induced in the stator windings vary, as a function of time, according to a simple sinusoidal law. Circumstances ....................
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special devices may prevent the distribution and arrangement of the windings for this assumption to be sufficiently realized.
The method, object of the invention, also applies in this case, as follows: the windings of order k of the alternator A are designed to develop an electromotive force of frequency k F, including the fundamental harmonic is equal to lthar-: monic e of e, decreased (by all the harmonics of ka frequency k F that can be presented by the electro-motive forces induced in windings whose order is less than k.
In this way, the installation of windings of order k corrects all the deviations which are encrypted by a function of frequency k F and which could have been introduced by the installation of windings of order lower than k . The residual error exhibited by the resulting electromotive force is then of the same frequency as in the case which was first exposed.
Instead of the single alternator A, several alternators can be provided; whose stators and rotors would be designed to produce the same effect as A, when the stators are assembled in series.
Instead of obtaining all the harmonics of e by means of superposition of windings, one can create some - of them - partially or totally by a suitable distribution of the stator and rotor windings and by given determined proportions to the magnetic parts of the alternator A.
The synchronous motor M of the ordinary type can also be replaced by any motor, electric or other, having the property of rotating strictly in synchronism with the pulsation of the network which supplies the
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rectifier R.
If one could be satisfied with a very coarse damping of the oscillations of the voltage of the rectifier, one could even eliminate the motor M; in this case, the residual oscillations of the current which crosses the secondary winding a b of the transformer T would be -2-2 capable of maintaining the synchronous rotation of A and of supplying the device with the energy absorbed by the losses.
Finally, the damping method which is the subject of the present invention can naturally be used in conjunction with any other method aimed at the same goal.