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"DISPOSITIF DE REGLAGE AUTOMATIQUE APPLICABLE A DES REDRESSEURS A VAPEUR IONISEE MUNIS DE GRILLES DE COMMANDE".
Il a déjà été proposé un certain nombre de dispositions utilisant une tension d'excitation de grille composée d'une ten - sion alternative Ega de même fréquence que la fréquence anodique à laquelle on superpose une tension continue Egc réglable. L'ins- tant d'allumage d'une anode est plus ou moins retardé suivant la valeur de Egc, ainsi que le montre la fig. i des dessins ci-anne- @ xés. Egal représente le potentiel alternatif de la grille de l'a- node 1 par rapport au potentiel de la cathode. L'anode 1 corres - pondante s'amorce lorsque le potentiel de la grille atteint la valeur 0 (cela n'est pas tout à fait exact, mais suffit pour 1' explication).
Lorsque Egc = 0, l'anode 1 s'amorce en A, si on ,
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prend pour axe de référence des angles d'amorçage la droite xy passant par le point d'amorçage naturel de l'anode 1, l'angle d'amorçage est représenté par Ó.- Si on donne à Egc une cer- taine valeur E'gc qualifiée de positive lorsqu'elle tend à dé- placer l'ensemble de la courbe Ega1 dans le sens de la flèche, l'angle d'amorçage devient Ó,< Ó.
En particulier, on a voulu utiliser ce mode de com- mande des grilles pour réaliser un réglage automatique de la tension continue EEc en fonction du courant Ic débité par le re- dresseur, par variation de la tension continue Egc de commande des grilles, en réalisant une loi déterminée Egc- f (le).
Il a été remarqué que dans un redresseur à vapeur ionisée à tache cathodique mobile, ce qui est le cas des appa - reils de grande puissance, la tension de blocage pour une ten - sion anodique donnée est variable. Elle dépend non seulement de la position de la tache cathodique, mais également de la tempé- rature du redresseur (en particulier de celle des anodes), de l'état d'ionisation de la vapeur au voisinage des anodes, de l'intensité du courant continu débité, de la pression. Cet in- convénient présente comme conséquence immédiate que le réglage de la tension continue suivant le procédé indiqué ci-dessus, perd toute précision pour une loi Ego - f (Io) que l'on impose à la tension continue d'excitation de grille.
On obtient des lois de variation de la tension continue du redresseur en fonc- tion du courant continu débité, différentes de celle que l'on veut réaliser.
L'invention décrite ci-après a pour but de remédier à cet inconvénient et d'obtenir une loi quelconque de variation, soit de la tension continue en fonction de la charge, soit de Ic en fonction de la puissance continue débitée, soit de Ic en fonction du courant débité par des machines quelconques (redres- seurs ou machines tournantes) couplées en parallèle avec le re- dresseur considéré.
La tension de commande des grilles est encore cons-
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tituée par une tension alternative Ega de même fréquence que la fréquence anodique et par une tension continue réglable Ego.
Ego peut prendre automatiquement telle valeur nécessaire à un instant donné pour que, soit la tension Ec, soit le courant con- tinu débité suivent la loi que l'on impose. De cette manière le fonctionnement devient indépendant des variations de la tension de blocage des grilles.
Avant d'entrer dans le détail de l'invention, il con - vient de préciser qu'elle est basée sur les propriétés bien connues de l'excitatrice à trois enroulements d'excitation, en - traînée à vitesse constante. L'un de ces enroulements est tou - jours shunt et réglé de telle façon que sa droite de résistance d'Od (fig.2) se confonde avec la partie droite A' OA de la ca - ractéristique e = f (ni), e étant la tension de l'excitatrice, (ni) les ampères-tours résultants d'excitation.
Pour une compréhension plus complète de l'invention, il importe de rappeler le principe de fonctionnement d'une telle excitatrice.
La fig. 3 représente une excitatrice E entraînée à vi- tesse constante par un moteur approprié non représenté sur la figure. Cette excitatrice alimente un circuit extérieur C qui, pour l'instant, est considéré quelconque.
Soient a l'enroulement shunt de E, b et ± deux enrou- lements d'excitation quelconques mais cependant assujettis à la condition que leurs ampères-tours respectifs soient en opposi - tion. ib désignant le courant dans l'enroulement b, si nb est le nombre de spires de b, les ampères-tours sont représentés par (nb ib). De même ic représentant le courant dans l'enroule- ment c et nc le nombre de spires de c, les ampères-tours de c sont représentés par (ne ic).
On suppose qu'on réalise la condition (il : (nb ib) - (ne ic) , par suite du réglage de l'excitation shunt et de l'oppo- sition des ampères-tours (nb ib) et (ne ic), comme indiqué ci-
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dessus, la tension e que peut fournir l'excitatrice èst indé - terminée. En effet, soit l'équation générale na ia + nb ib + nc ici - AT résultants, établie en valeurs absolues. Par suite de l'égalité (i) on voit que le point de fonctionnement de E peut être situé en un endroit quelconque de la droite A' OA (fig. 2), et celà quelle que soit la valeur absolue de (nb ib) ou de (ne, ic).
On suppose qu'à un instant donné ce point de fonctionne- ment se trouve en F (fig. 4) et que pour une raison quelconque (ne ic) devienne différent de (nb ib) par exemple nb ib > nc ic.
Soit¯(ni)- (nb ib) - (ne ic). La tension e va attein- dre le point D.
Maintenant on supposera qu'il existe des liaisons élec- triques entre le circuit C et l'enroulement c telles qu'à un ac - croissement positif ìe de la tension de l'excitatrice, correspon- de un accroissement positif de ic: ¯ic, et celà sans aucun re - tard.
Dans ces conditions la tension e n'atteindra pas le point D car l'égalité (1) sera de nouveau rétablie lorsque la tension e sera parvenue en G par exemple, G étant encore situé sur la partie droite A'OA de la caractéristique de l'excitatrice. Il est bien entendu que la variation possible de e comprise entre A' et A doit suffire au réglage complet du courant ic- ceci n'est qu'une condi- tion de dimensionnement de machine - .
On peut remarquer, par ailleurs, que dans les conditions où l'on s'est placé, le point G est bien déterminé. En effet, si e se fixait en un autre point G' voisin de G, il en résulterait un accroissement de ic, la condition (1) ne serait plus remplie. Sui- vant le-même processus exposé ci-dessus, la tension e va tendre à venir en G, point pour lequel seul l'équilibre est possible.
Avant d'aller plus loin, il faut noter qu'il n'a pas été fait d'hypothèses sur la nature des liaisons électriques pouvant exister entre le circuit C et l'enroulement c, Il est intéressant de remarquer cependant que dans toutes les applications de l'exci- tatrice à trois enroulements envisagées jusqu'à présent, celle -ci
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contrôle le circuit C d'une manière uniquement électrodynamique.
En d'autres termes, si on appelle ec la force cnntre-électromo- trice du circuit C, Rc la résistance de ce circuit et ic le cou- rant le traversant, on peut toujours écrire l'équation d'équili- bre e + ec + Rc ic- 0. Le rôle de l'excitatrice E est précisé- ment de faire varier directement le terme ic-
Au contraire dans les applications qui vont être envi- sagées maintenant, le circuit dans lequel est insérée l'excita - trice E ne possède pas de force contre-électromotrice équilibrée par la tension e de E. Le rôle de E consiste à modifier le poten- tiel relatif d'un point du système de contrôle C d'une manière uniquement électrostatique, ce qui est nouveau.
La fig. 5 représente schématiquement une première dis- position de l'invention à laquelle est appliqué le principe de l'excitatrice à trois enroulements, cette disposition permet de maintenir constante la tension continue Ec du redresseur pour des valeurs du courant continu débité Ic pouvant varier entre 0 et ION .
R : redresseur à six anodes ar munies de grilles de'contrôle g.
T ; transformateur hexaphasé alimentant les anodes du redresseur R, H : déphaseur de tension hexaphasé alimentant les grilles d'anode g par l'intermédiaire de résistances r.
E : excitatrice à trois enroulements d'excitation : , b, c.
S : excitatrice shunt.
Les deux machines E et S sont couplées mécaniquement et entraînées à vitesse contante par un moteur approprié non représenté sur la figure.
L'enroulement shunt a est réglé comme il a déjà été dit.
L'enroulement b est parcouru par un courant constant pour un réglage donné, réglable au moyen d'un rhéostat de champ rh de l'excitatrice S. L'enroulement c est alimenté par la tension continue du redresseur. L'excitatrice E est connectée entre la ca- thode K du redresseur R et le neutre O' du déphaseur H. On admet pour l'instant que le neutre 0' est connecté directement à la ca- thode K. Le redresseur ne débite pas, on peut régler le calage du
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déphaseur H de façon à provoquer un retard à l'amorqàge des anodes tel que la tension Ec soit égale à EcN' EcN étant la valeur de la tension continue du redresseur pour IcN d'après la caractéristique en charge du groupe transformateur-redresseur, lorsque les grilles ne sont pas commandées (voir fig. 6).
On désigne pareil'angle de calage du déphaseur H, déjà défini sur la fig. i. L'excitatrice E étant toujours hors du circuit du déphaseur H, mais l'enroulement c étant connecté aux bornes du redresseur R, on règle le courant ib de façon à obtenir l'égalité nc ic - nb ib. On introduit ensui- te l'excitatrice E dans le circuit O'K (fig. 5). Comme il a déjà été expliqué la tension e de l'excitatrice devra être nulle. On donne une certaine charge au redresseur, la tension Ec va tendre à diminuer suivant sa caractéristique naturelle, et par suite le courant ic va tendre à diminuer, il en résultera une variation de e provoquant une diminution de l'angle d'amorçage des anodes.
Le retard à l'allumage sera diminué et provoquera une augmentation de la tension Ec qui reprendra la valeur EcN pour laquelle on a l'é- galité nc ic = nb ib . Il en sera ainsi jusqu'à la valeur Ion- pour le courant continu débité.
Il convient de remarquer qu'on peut adopter une valeur de a.différente de celle définie ci-dessus, tout en conservant la même valeur pour ib, par exemple adopter Ó. < Ó. - La tension e pour Ic- 0 au lieu d'être nulle prendra une valeur négative déterminée de façon à ce que Ec- EcN.
Si on modifie la valeur de ib, par réglage du rhéostat rh, la tension continue Ec sera encore maintenue constante quelle que soit la charge, mais elle prendra une valeur Etc différente de EcN. On voit donc que la valeur de Ec reste constante pour une charge variable et ne dépend que de la valeur donnée à ib laquelle est maintenue constante.
Il est à remarquer que la tension Ec devient indépendan- te des variations de la tension alternative d'alimentation du transformateur T. L'hypercompoundage ou l'hypocompoundage de la tension Ec, en fonction du courant Ic, peuvent être obtenus avec
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un montage analogue à celui de la fig. 5. Il suffit,'en effet, de provoquer l'augmentation ou la diminution de ib lorsque le croit.
Ceci est facilement réalisable, par exemple en disposant un enrou- lement d'excitation supplémentaire sur la machine.S, parcouru par un courant proportionnel à Ic. Les ampères-tours de cet enroule - ment sont magnétisants dans le cas d'hypercompoundage ou démagné- tisants dans le cas d'hypocompoundage. Le degré d'hypercompoundage ou d'hypocompoundage est réglable par variation de la proportion des ampères-tours de la machine S. Un simple inverseur permet donc de passer de l'hypercompoundage à l'hypocompoundage.
Tout autre moyen provoquant une variation de ib en fonc- tion de Ic, (résistances, excitatrice, etc...) peut être utilisé dans le même but.
On peut envisager une autre application. Au lieu de main- tenir la tension Ec constante, on peut se proposer de maintenir le courant constant lorsque la puissance débitée varie. Dans ce cas au lieu de placer l'enroulement .0 aux bornes du redresseur, on le fait parcourir par un courant égal ou proportionnel à Ic (voir la fig. 7).
Soit L le réseau continu sur lequel débite le redresseur.
Si le courant ib fourni par l'excitatrice S est constant, le cou - rant Ic du redresseur sera maintenu constant et la teension e de l' excitatrice E variera en grandeur et en signe pour faire varier la tension Ec du redresseur suivant la puissance demandée.
On suppose toujours que le calage du déphaseur H est constant.
Pour modifier la valeur de Ic, il suffit de modifier la valeur de ib.
La combinaison des deux dispositifs précédents permet d' envisager la marche en parallèle de deux ou plusieurs redresseurs, ainsi qu'une répartition quelconque des charges entre ces appareil et quelles que soient les caractéristiques en charge de ces machi- nes (hypercompound ou hypocompound).
La figure 8 représente deux groupes transformateurs- redresseurs marchant en parallèle. Le redresseur R1 est muni d'un
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réglage de sa tension Ec1 en fonction de Ic1 analogue à celui de la fig. 5 qui par exemple permet de maintenir sa tension conti - nue constante. Le redresseur R2 est muni d'un réglage de sa ten- sion Ec2 permettant de maintenir son courant débité le? propor - tionnel'au courant Ici débité par le redresseur Ri. Pour ce fai- re, l'enroulement c 2 'de l'excitatrice E2 est parcouru par un cou- rant proportionnel à Ic1.
La répartition des charges est réglée au moyen de résistances'variables r1 et 1:2. On voit donc d'une part que la tension du redresseur Ri sera'maintenue constante com- me il a été dit précédemment, et què d'autre part pour une puis - sance demandée par le réseau L, l'excitatrice E2 de R2 imposera la répartition des courants Ici et Ic2 suivant ce que l'on se se- ra fixé.
On a supposé dans le cas de la fig. 8 que le redresseur
R1 (redresseur "pilote" de la sous-station) était muni d'un sys - terne de réglage de sa tension Ec1. Il est évident que lamarche en
Parallèle des redresseurs Ri et R2 pourra être effectuée de la même façon, le redresseur pilote R1 notant pas muni de système de réglage de sa tension. La caractéristique de tension continue en charge de R1 sera alors déterminée par les réactances de fuite de son transformateur.
Le nombre de redresseurs contrôlés marchant en parallè- le peut être quelconque, si ce nombre est n, il suffit de prévoir (n - 1) dispositifs identiques à celui de R2 (fig. 8).
Le contrôle permettra d'obtenir avec la même efficacité le fonctionnement en parallèle de deux ou plusieurs redresseurs alimentés par des réseaux alternatifs indépendants dont les fré - quences peuvent même être différentes.
Il est facile de généraliser et d'envisager la marche en parallèle de redresseurs avec des machines tournantes à courant continu dont la caractéristique en charge est quelconque. Il est inutile d'établir un nouveau schéma, il serait analogue à celui de la fig. 8, dans laquelle le redresseur Ri serait remplacé par une génératrice à courant continu (commutatrice, groupe convertisseur).
On peut généraliser la marche en parallèle de redresseurs
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et de machines tournantes d'une même soùs-station enl'étendant à la marche en parallèle de deux sous-stations voisines. Une des sous-stations est constituée de façon quelconque, l'autre sous - station est supposée constituée uniquement par des redresseurs.
La puissance exigée pour la commande des grilles étant très fai- ble, il devient possible d'avoir un seul dispositif de commande de grilles, toutes celles-ci étant connectées en parallèle. Dans ces conditions, la sous-station de redresseurs peut être contrô- lée par l'autre sous-station par l'intermédiaire d'une excitatri- ce prévue suivant le schéma déjà étudié pour l'excitatrice E2 de la fig. 8 ; courants qui circulent dans les enroulements b2 et c2 étant proportionnels respectivement aux courants des deux sous- stations.
On peut également envisager le couplage automatique sur un réseau d'un redresseur à l'aide d'une excitatrice à trois en - roulements dans laquelle l'enroulement b ou c seraient assujettis à la différence de potentiel entre la tension EN du réseau et la tension Ec du redresseur que l'on veut coupler. Le principe de cette opération est exposé dans le brevet belge No. 380.657, du 18 Juin 1931.
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Le dispositif représenté schématiquement fig. 5 pour réaliser une loi de variation de la tension continue en fonction de la charge peut être insuffisant au point de vue de la préci- smon. En effet, si on veut effectuer le réglage de la tension continue Ec à quelques volts près, il faut que la variation des ampères-tours (ne ic) consécutive à la variation de Ec, soit suf- fisante pour permettre une modification de la tension e de 1' excitatrice E. C'est pourquoi, au lieu de faire dépendre les am - pères-tours nc ic de Ec, on peut les faire dépendre de la diffé- rence de tension .entre Ec et une tension Es, dite de référence , la sensibilité augmentant lorsque (Ec- Es) tend vers zéro.
Si on fait Ec- Es - 0 le courant ib doit être nul, l'enroulement d'ex- citation b devient inutile, on peut donc le supprimer.
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La figure 9 représente le schéma général de cette nouvelle disposition. Comme dans la figure 5 l'excitatrice E est connectée aux bornes K (cathode) d'une part et 0' (neutre du déphaseur H) d'autre part. La machine E possède deux enroulements d'excitation: un enroulement shunt a et un enroulement indépendant c. L'excita- trice S se trouve maintenant en série avec l'enroulement c de E, l'ensemble étant connecté au neutre 0 du transformateur T d'une part et à la cathode K d'autre part. La tension continue Es de la machine S est en opposition avec la tension contrôlée Ec.
Lorsque Es - Ec, le courant circulant dans l'enroulement c est égal à zéro. Si Ec varie il apparaît un certain courant ic dont la valeur et le sens dépendent de la différence Es - Ec ain- si que de son signe et de la résistance du circuit 0 S c K. Si Es - Ec >0 il apparalt une tension e aux bornes de l'excitatrice E, qui lorsque le réglage est convenable, tend à diminuer l'angle d'amorçage et par suite à augmenter la valeur de Ec, ainsi qu'il a déjà été expliqué. Au contraire si Es - Ec <0, le courant ic étant inversé, la tension e change de signe, et le phénomène in- verse se produit, l'angle Ó croît, d'où une diminution de la va- leur de Ec.
Il découle naturellement de cette disposition que si on veut réaliser une caractéristique de la tension continue Ec, en fonction de la charge, hypercompound ou hypocompound, il suf- fit de modifier Es en fonction de Ic ainsi qu'il a déjà été ex- pliqué.
Pour une valeur donnée de Es - Ec, la sensibilité du sys- tème augmente lorsque la résistance du circuit 0 S c K diminue.
On représentera cette résistance totale par X. Celle-ci peut être réduite à une valeur aussi faible que l'on veut en plaçant en série dans le circuit 0 S c K une machine série jouant le rôle d'une résistance négative.
En conclusion, l'utilisation de l'excitatrice à trois en- roulements permet de réaliser telle loi que l'on désire pour la tension continue ou le courant débité par un redresseur à vapeur
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ionisée, et d'assurer la marche en parallèle de redresseurs, ain- si que de redresseurs avec des machines tournantes dans telles conditions que l'on veut.
Dans tous les cas, on peut rendre les appareils contrô- lés indépendants de leur caractéristique propre et des variations extérieures (par exemple du réseau alternatif d'alimentation), pour leur imposer la caractéristique d'une machine de référence de très faible puissance. Ce système est donc très souple puis - qu'il permet de substituer au réglage direct de machines de gran- de puissance, celui beaucoup plus facile et plus économique d'un groupe de faible importance.