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¯ PERFECTIONNEMENTS AUX EQUIPEMENTS DE REDRESSEURS DE COURANT ELECTRIQUE.-
La présente invention concerne les circuits électriques dans lesquels l'énergie est transmise entre un circuit à courant alternatif et un circuit à courant continu, au moyen d'appareils à décharge spatiale, par exem- ple des redresseurs à mercure, elle concerne en première ligne, des moyens grâce auxquels la tensicn du circuit à courent continu peut être maintenue à peu près constante malgré des fortes variations de la charge.
Un des problèmes qui se présentent avec les appareils re- dresseurs de ce genre est de maintenir la tension de débit à courant continu des redresseurs à peu près constante entre la marche à vide et la pleine charge, de sorte que ces appareils puissent être montés en parallèle avec des machines dynamo-électriques réglables.
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Pour résoudre ce problème on a essayé d'appliquer dos transfor- mateurs intermédiaires, dont les noyaux sont suturés en fonction de*la char- ge à courent continu. Ce procédé n'a pas donné, dans l'ensemble, des résul- tats satisfaisants, car on a recentré des difficultés pour maintenir la %en- sion constante pour toutes les charges, et aussi parce que le facteur de puis sauce de ces appareils est faible.
Ceci posé, conformément à l'invention, cette difficulté est sur- montée grâce à la disposition d'un système redresseur dans lequel le réglage de la tension de courant continu est obtenu au moyen d'un système intermé- diaire inductif et capacitif contenant des impédances déterminées à l'avance et agencées pour faire varier son impédance effective en proportion inverse de la charge à courant continu*'
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avan- tages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple, et dans lesquels :
La Figure 1 est un schéma des connexions relatif à un équipement comportant un redresseur à mercure hexaphasé conforme à l'invention.
Les Figures 2 et 3 sont des caractéristiques facilitant la com- préhension de l'invention
Les Figures 4,5 et 6 sont des schémas de connexions relatifs à des variantes de l'équipement représenté Figure 1.
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L'équipement de la Figure 1 comporte un redresseur à mercure 10 muni d'anodes désignées par 11 à 16 inclusivement, qui sont respectivement reliées aux phases secondaires d'un transformateur 17. Ce transformateur 17 comporte un enroulement primaire 18 relié à des bornet d'alimentation 19, et un enroulement secondaire comportant deux groupes 20 et 21 montés en étoile, et munis de points neutres 22 et 23.
Ces points neutres sont Interconnectés par un transformateur auxiliaire 24 et par les enroulements 25 et 26 d'une réactance 27. Ces en- roulements sont reliés respectivement entre l'enroulement 30 du transforma- ,tour. auxiliaire et les bornes neutres, et sont disposée respectivement sur les deux branches médianes d'un circuit magnétique 28 à Quatre branches, Le transfonnateur 24 comporte la carcasse à trois branches 29 et un enroulement primaire 30 enroulé sur sa branche médiane. La prise de cour @
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rant médiane 31 de cet enroulement constitue la pale négatif du circuit à courant continu;, et ses bornes extrêmes sont reliées respectivement aux enroulements 25 et 26.
Conformément à l'invention, le transformateur 24 est muni d'un enroulement secondaire 32 qui se ferme à travers un condensateur 33 agencé pour produire dans le système intermédiaire, une tension déphasée en avance directement proportionnelle à la charge à courant continu.
Le fonctionnement de l'équipement précédemment'décrit est le suivant Le transformateur hexaphasé 17 étant relié aux anodes, il tend à se produire un courent continu traversant successivement chacune des ano- des, de aorte que chacun des six enroulements est rendu actif pendant au moins 60 degrés électriques de la périodes de la tension d'alimentation*
Les phases secondaires sont agencées de façon qu'un courent passe alternativement depuis les bornes 22 et 23 et qu'un courant alterna- tif, ayant une fréquence triple de la fréquence du courant d'alimentation, soit ainsi appliqué au système intermédiaire comprenant la réactance 27, le transformateur auxiliaire 24 et le condensateur 33.
De ceci, il résulte que le courant en passant d'une anode à une autre, dans le redresseur hexaphasé, doit faire face non seulement à l'impédance des enroulements de transformateurs principaux, mais aussi à celle de l'équipement intermédiaire,. Etant donné qu'un accroissement de cette impédance offerte au passage du courant commuté entraîne un abaisse- ment de la tension de débit, on peut obtenir dansée certaine mesure la commande de la tension"
Ce réglage ? est possible entre d'une part, une limite supérieure à laquelle le redresseur fonctionne à la tension hexaphasée, avec une im- pédance minimum offerte à la coihmutation, et pouvant être obtenue en ne tralisant approximativement la réactance de l'équipement intermédiaire, etv d'autre part,
une limite inférieure à laquelle le redresseur fonctionne à une tension triphasée double, qui peut être obtenue en augmentant l'impé- dance de l'équipement intermédiaire:, jusqu'à une valeur à laquelle la cou- rant continu d'excitation passant dans le transformateur intermédiaire at- teint aa valeur maximum possibles L'équipement intermédiaire comprenant la réactance 27, le trana-
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formateur 24 et le condensateur 33, est agencé pour fournir une variation d'im- pédance telle que la tension du redresseur sous une charge croissante, s'élève et entraîne ainsi un compoundage ou un hyper compoundage, suivant ce qui est dé- siré.
@ Les courants continus venant des bornes 22 et 23 passent à tra- vers les enroulements 25 et 26 respectivement de la réactance 27, et ces cou- rants induisent dans le noyau 28, les flux unidirectionnels pouvant passer par les branches extérieures du circuit magnétique*
Ces flux unidirectionnels atteignant des valeurs élevées en raison du courant continu relativement intense qui passe, et en saturent le fer, ils réduisent la tension de réactance qui résulte du passage de la composante du courant alternatif.
La réactance obtenue de la bobine de self 27 est ainsi rendue vartable, et si on le désire, elle peut être agencée pour diminuer, lors- que la charge augmente* :En même temps, le condensateur 33 agit de manière à créer une tension qui croit en proportion de la charge et qui tend aussi à s'opposer au passage du courant alternatif, mais dont le déphasage est voisin de 90 en avan- ce du courant.
@ Etant donné, d'autre part, que la tension de réactance fournie par la bobine de self 27 présente un déphasage voisin de 90 en arrière du cou- rant, il résulte que les deux tensions envisagées sont à peu près opposées en phase, et que la tension totale opposée au passage du courant alternatif entre les bornes 22 et 23 est approximativement égale à la différence entre la tension de la bobine de self 27 déphasée an, retard et la tension du condensateur 33 dé- phasée en avance.
'En ajustant convenablement les constantes de cet équipement, la tension résultante peut être amenée à varier de telle façon qu'elle entraîne un accroissement de la tension débitée à courant continu en charge.
Pour mieux comprendre le fonctionnement de 1'équipement décrit, on se reporte maintenant à la Figure 2 dans laquelle les abrisses représentent diverses valeurs du courant entre phases, et les ordonnées représentent la chute de tension de la bobine 27. Dans cette figure, les courbes a, b, c, et d repré- sentent la tension qui est engendrée dans ce circuit, lorsqu'il existe une exci- tation à courant continu et lorsque les deux courants, respectivement' alternatif et continu, ..
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demeurent en proportions constantes l'un par rapport à l'autre
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La courbe ¯a 0 représente la chute de tension dans la réactance 27 lorsque le courant continu est nul, et elle est en conséquence la courbe du courant d'excitation pour le noau de réactance seul.
ceci concerne le cas d'une bobine de self dépourvue d'entrefer.
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La courbe .2. reprG13a!te la tension engendrée dans la self 27.
La courbe ± représente par exemple, la chute de tension dans la bobine de self 27 lorsque l'excitation à courant continu est constamment égale en ampères tours à l'alimentation à courant alternatif, c'est-à-dire que les courants augmentant et diminuent dans les mêmes proportions. La aourb6 à , représente la tension qui peut être obtenue lorsque le courent continu est cons- tamment double du courant alternatif.
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Il conviant d'observer qu9en dehors du domaine voisin de la sa- turation par courants alternatifs), une bobine de self, dans les conditions en- visagées, fournit une tension approximativement constante pour toutes les char-
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ges. Ltdocroissement d'excitation à courant continu entraîne une grande diminu- tion de la réactance de l'afflreil, avec une diminution résultante de la ten- s i on.
Mais on doit se rappelés' que le courant alternatif croît en même temps et dans les mêmes proportions que l'excitation à courant continu,
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de sorte que la diminution de réactance est complètement composée par l'aocroiB# semant du courant alternatif,, et cela se produit de façon que ces deux effets se neutralisent à peu près, de sorte qu'une tension constante est obtenue. Les
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courbes représentées sur le diagramme sont obtenues en partant des essaisef- fectifs sur une bobine de'self du type envisagé.
En examinant ces courbes, on constate qu'une réactance saturée dépourvue d'entrefer n'est pas suffisante seule pour entraîner le oompoundage d'un redresseur, c'est-à-dire que la diminution de la réactance dans la bobine de self, résultant de la saturation est suffisante seulement pour compenser l'accroissement de courant dans la réactanoe donnant une tension réactive cons- tante, de sorte que la tension de courant redressé continue à baisser, en rai- son de la résistance et de la réactance du transformateur principal et des au- tres parties du circuit.
On a déjà proposé d'introduire les entrefers dans une réactance dont le circuit magnétique est traversé par un flux unidirectionnel, ou flux
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de saturation. Ces entrefers tendent à réduire l'effet de l'excitation à courant continu aux petites charges, mais ils ont un effet relativement peu important sur elle, aux charges élevées, car le fer est alors saturé et possède une ré- luotance élevée par rapport à celle des entrefers. Les Courbes.2, f et g de la
Figure 2 sont relatives à ces phénomènes.
On suppose que la tension maximum qui peut exister entre les points neutres 22 et 23 du transformateur principal, c'est-à-dire la tension entre phases obtenues en triphasé double, à une valeur de ?5'sur l'échelle de tensions de ces courbes caractéristiques, et qu'une excitation suffisante à courant continu est fournie à la réactance, au moyen du courant redressé, pour réduire cette tension à une valeur d'environ 40, c'est-à-dire une valeur qui se trouve à peu près sur la ligne c.
Dans ces conditions, si aucun entrefer n'est prévu, la charge courant continu agit sur la tension entre les points neutres pour la faire tomber de 75 è 40 et y demeurer approximativement pour toutes les charges; on conséquence, le redresseur fonctionne entre un système triphasé double et un système hexaphasé, avec un réglage de tension qui est aussi compris entre un réglage triphasé et un réglage hexaphasé.
Si alors un entrefer est ajouté à la réactance. comme décrit, la tension obtenue est changée, de manière à devenir approximativement celle qui est indiquée sur la courbe 1. donnant une tension élevée de courant continu, aux faibles charges et une tension aux charges élevées très peu supérieure à ce qu'elle était auparavant. Cette tension existe entre les points neutres du transformateur principal.
La tension totale opposée au passage du courant à triple fré- quence, entre ces points neutres, comprend aussi la tension de réactance résul- tant des flux de fuite dans le transformateur principal. Cela est représenté en g et on voit qu'ella augmente directement avec la charge' La tension totale opposée au passage du courant à triple fréquence est en conséquence la somme de g plus f; elle est représentée par le Jusqu'à une charge de 25 ampères, cette tension !. est supérieu- re à 75, la valeur maximum nécessaire de la tension entre les pointa neutres, pour les charges comprises entre 25 et 50 ampères, elle diminue rapidement;
@ pour les charges au-delà de 50 ampères, elle varia peu et pour les charges au-
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delà de 100 ampères, elle commence à augmenter, an raison de l'apcroisselllent de g.
@ De ceci il résulta que le redresseur fonctionne en triphasé double jusqu'à uns charge de 25 ampères, car la tension complète entre les points neutres existe jusqu'à cette valeur. Entra 25 et 50 ampères le redres- seur passe de la marche en triphasé doublera la marche en hexaphasé' et cela
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entrains un acoroissement de la tension de débit. Au delà de 50 ampères, la système continue à marcher avec des tensions inttrmédiaires et avec una chute de tension en charge analogue à celle existant lorsqu'il marche en triphasé ou en hexaphasé.
*La courbe Inférieure 1 de la Figure 3 représente la tension à courant continu déterminée par des essais effectifs sur un tel système Il convient d'observer que, jusqu'à une charge de 150 ampères, l'appareil
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fonctionne à peu près comme un systémsmtràphaxé doublai entre 150 et 300 am- pères, il se produit un accroissement de tension, car la saturation de la
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réactance devient effectivee et au-delà de 300 Ampères, la tension tombe à peu près dans les mêmes conditions qu'aux faibles charges.
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Cette oourbellsst typique du procédé décrit de oompoundage pour les raisons qui ont été indiquées, et il est difficile d'obtenir de cette façon un compoundage satisfaisant indépendant des densités de flux dans le noyau de réactance-
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Les courbes i?d> dM ai et g de la Fig.2 représentent, de manière analogue, 1;, marche du compoundage par condensateur. Comme expliqué précédm- ment la courbe g, correspond à la tension de réactance engendrée dans le trans-
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fcnnateur prinoipal 17 et la courbe 1o représente la tension engendrée dans la réactance 27 nécessitant;, dans l'exemple représenté, une excitation à courant continu égale à 80% de 1 excitation à courant alternatif. La tension en avance
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du condensateur est représentée par la 0 aurbe ..1...
8i, à la tension de réactance, tu ajoute la tension d'impé- dance du transformateur 17, et on retranche la tension du condensateur 33. le résultat est à peu près égal à la tension totale empêchant ou retardant le passage du courant à triple fréquence Cela est représenté en h
Cette chuta de tension du circuit entre phases diminue lors- que la charge de courant continu augmente,, de sort qu'on obtient ainsi un
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accroissement continu et progressif de la tension de circuit à courant continu en charge. Cet accroissement peut être rendu suffisant pour fournir un com-
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poundaga approximativomant plat.
Il convient d'observer que, si la tension de condensateur est rendue plus grande que la somma de la tension de réàotance b et de la ten-
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sion d'impédance g du transformateur principal, on obtient alors une tension déphasée en avance dans le circuit entre les points neutres. Cela n'entraîne pas une autre élévation de la tension de débit, mais simplement une tendance à la diminution*.La tension maximun qui peut être ainsi obtenue est à peu près
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celle qui eattprodulte lroaqua la tension à s'annule.
Cette condition est équivalente à un redresseur hexaphasé dans lequel aucunelréactance <'existe dans le circuit à travers lequel- doivent passer les courants à triple fréquence*
Sur la figure 3, la courbe k représente les résultas obtenus
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avec le procédé de compo\U'1d.age par condensateur.
On obtient un accroissement progressif de tension commençant pratiquement à la charge zéro, continuant à augmenter jusqu'à un certain point et tombant ensuite de nouveau* Cette sorte de courbe est analogue à celle déjà obtenue d'une génératrice ou d'un conver- tisseur synchrone à enroulement compound, et elle est très désirable pour un
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redrea ur, particulièrement lorsqu'il doit marcher en parallèle avec des ma- chines existantes*
La valeur de la tension est comprise entre la tension tripha- née double et la tension hexaphasée du redresseur Par exemple, dans le cas représenté, la tension hexaphasée à vide 4 une valeur'de 1,720,
et la tension
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triphasée double une valeur de 1,490, taudis que le aàmpoundage plat est obte- nu à une valeur de 1,600 volts.
Cela est réalisé en donnant à la tension de la réactance, qui est représentée par la courbe I de la Figura 2, une valeur inférieure à celle nécessaire pour la marche en triphasé doubla, Si le condensateur, utilisé pour
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obtenir cette courbe supérieure de la Figurées, est court-cirouité, on obtient une tension d'environ 1,600 à vide ou au mois à charge très faible, qui tombe en charge à une vitesse à peu près égale à celle à laquelle la courbe infé- vieure tombe à 150 ampères.
En choisissant convenablement la noyau, le nombre des apirea
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et la .pport du courant al,ternati:C au continu dans la réaotanca, l'origine ..,.'\ ,:;":....' ,.'de la courbe de oOInpol.1:l1dage par condensateur peut être placée â'un endroit
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quelconque antre les origines du triphasé double et de l'hexaphasé.
Mais à pleine charge l'équipement de compoundage par conden- sateur ne peut pas fournir une tension beaucoup plus élevée que celle qui se- rait obtenue avec le même équipement marchant en hexaphasé et ayant un accou- plement parfait du secondaire du transformateur principal.
Le réglage pouvant être obtenu d'un transformateur principal de ce genre peut être déterminé à l'avancée et en conséquence la tension de charge entière maximum qui peut être obtenue est aussi déterminée. Par suite, il est facile d'ajuster la jactance pour fournir cette tension àvide et d'ajuster la condensateur pour un compoundage plat de l'un à l'autre.
En se reportant à la Figure 3, le redresseur marche tu hexa- phasé à pleine charge, à la fois dans la cas du oompoundage par entrefer et du compoundage par condensateur, c'est-à-dire qu'il marche en hexaphasé avec un degré de recouvrement très élevé des courants d'anodes. Mais le facteur de puissance du courant d'entrée, dans un redresseur, dépend du degré de recou- vrement de ces courants et il en est de même pour la relation de la tension de charge entière vis-à-vis de la tension à vide hexaphasée idéale.
Le compoundage par entrefer devant avoir une tension à pleine charge approximativement égale à la tension à vide du triphasé double, il doit avoir un degré de recouvrement élevé, et, en conséquence, un mauvais facteur de puissance. D'autre part, le compoundage par condensateur possède une ten- sion en charge aussi élevée que celle d'un redresseur hexaphasé ayant de bonnes caractéristiques, et cela fournit un facteur de puissance beaucoup plus élevé
Ses deux courbes envisagées pouvant être obtenues du même trafic- formateur principal et pour la même courant de débit, le compoundage par con- densateur entraîne une tension de débit plus élevée,
et en conséquence un débit de puissance plus grandb Le compoundage par condensateur fournit ainsi un usage plus économique du matériel de transformation..
Il convient d'observer que la tension de réactance maximum est beaucoup plus petite que dans le cas du oompoundage par entrefer, et qu'une exci- tation par courant continu relativement faible est suffisante; (Voir Fig2); la réactance est ainsi beaucoup plus petite et plus économique. D'autre part, il . y a seulement les frais supplémentaires et la perte d'énergie résultant du transformateur 24 et du condensateur 33.
La Figure 4 se rapporte à une variante de l'invention . Dans
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le cas de cette figure, le transformateur 24 est monté entre la transformateur principal et la self 27, et le condensateur 33 est monté entre le transformateur
24 et la self 27. La saturation de la self est alors obtenue par un enroulement sépare 34, à travers lequel peut passer le courent de charge à courant continu.
Cela pemet d'utiliser une liaison d'équilibrage 35 pour faciliter la mise en parallèle de tels équipements.
Mais lavantage de ce montage est que, en plus de la disposition de la liaison d'équilibrage, seule la somme vectorielle de la tension de conden- sateur et de la tension de réactance est appliquée au transformateur 24; en outre du fait que la tension de réactance est en retard et que la tension de condensa- teur est en avance, il se produit une soustraction telle que la tension du trans- formateur 24 est à peu près égale à leur différence, en négligeant les tensions d'harmoniques qui ne donnent pas lieu à soustraction en raison de la forme d'onde non sinusoïdale, tandis que, dans le montage précédent, le transformateur raca- vait la tension de condensateur entière.
Cela diminue les dimensions du transformateur, mais moyennant un accroissement des dimensions de la bobinede self, étant donné que l'enroulement séparé 34 à courant continu nécessite une quantité de cuivre beaucoup plus grande que celle qui serait ajoutée aux enroulements à courant alternatif en raison de la nécessité de faire passer la composante de courant continu.
La Figure 5 se rapporte à une variante de l'invention dans ,la- quelle les enroulements secondaires du transformateur pranoipal 17 sont reliés directement à un point commun. Cet équipement comporte un transformateur auxi- liaire 36 dont 1'enroulement primaire est établi avec plusieurs bobines série 37 dans chacun des conducteurs d'anode et dont l'enroulement secondaire 32 est'*'relié en série avec le condensateur 33, à travers les enroulements de réactance 25 et
26 qui sont montés en parallèle. La saturation de la réactance 27 est obtenue comme dans le cas de la Figure 4, au moyen de l'enroulement 34.
La Figure 6 représente l'application de l'invention à un redres- seur 38 à douze phases. Dans ce cas, le fonctionnement est le même que pour les
Figures 1 et 4, sauf que le transformateur 24 fonctionne comme un transformateur entre phases, en plus de ses fonctions précédemment décrites.
De tels redresseurs à douze phases nécessitant un transformateur intermédiaire entre les deux systèmes hexaphasés, de façon à constituer la sys-
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tème à douze phaseso Cette particularité est incorporée dans le transformateur
24 en établissant le noyau médian de la manière représentée;) ce qui permet au flux de fréquence sextupla de passer vers le bas,, dans les deux branches de gauche, et vers la haut dans les branches de droits,, et inversement, en créant une tension appropriée daais chaque enroulement.