<Desc/Clms Page number 1>
"PERFECTIONNEMENTS A LA CONVERSION DES COURANTS ALTERNATIFS EN COURANT CONTINU OU VICE-VERSA"
Le problème de la conversion des courants alternatifs diphasés ou polyphasés, en particulier des courants triphasés, en courant continu, ou inversement, est depuis longtemps considéré comme très important dans la technique. La solution la plus généralement envisagée de ce problème est l'emploi du convertisseur rotatif ordinaire du type à simple armature,dans lequel des courants alternatifs sont fournis à l'enroulement de l'armature par des bagues collectrices et,après rectification dans une commuta. trice ordinaire, sont amenés sous la forme de courants continus aux bornes de sortie du convertisseur. On peut parfaitement utiliser une telle machine tant qu'il-n'est question que de voltages
<Desc/Clms Page number 2>
et d'ampérages modérés.
Le voltage ou l'ampérage maximum pour lequel un tel convertisseur peut être prévu commercialement est, avant tout, fixé par la commutatrice. Pour des voltages plus élévés, le nombre des segments doit être très grand afin de réduire le voltage entre segments et, par suite, le danger de production d'étincelles. Lorsque le voltage atteint une valeur de quelques dix mille volts ou davantage, il faut admettre qu'il est impossi- ble, dans l'état actuel de la technique, de fabriquer une commua tatrice de construction ordinaire et donnant toute satisfaction.
On connaît cependant d'autres méthodes de conversion. Il existe, par exemple, une méthode suivant laquelle les phases du courant alternatif sont chacune comprises entre des segments consécutifs dans une commutatrice prévue pour rectifier les voltages alternatifs fournis aux segments, les différentes commutatrices étant alors reliées en série, par suite de quoi les différentes impulsions de voltage rectifié sont superposées de façon à former un voltage résultant continu ayant une amplitude presque constante. Etant donné que le potentiel alternatif fourni aux commutatrices est sinusoïdal, cette méthode présente cependant l'inconvénient qu'il n'y a pas d'intervalles de voltage zéro bien déterminés pendant lesquels peut se produire une commutation sans étincelle.
La présente invention a pour but d'éviter les dits inconvénients et de rendre possible la conversion de courants alternatifs sinusoïdaux en courant continu même à voltages et/ou à ampérages très élevés sans que le dispositif de commutation soit trop massif ou de dimensions prohibitives, tandis que l'on évite toute production d'étincelles gênantes.
L'invention consiste essentiellement en ce que, à chaque voltage de phase alternative, est superposé un voltage alternatif auxiliaire, dont la forme ondulée est telle que le voltage de phase alternative résultant, autant que faire se peut,présente des inter-
<Desc/Clms Page number 3>
valles de voltage zéro bien déterminés, entre des périodes de voltage adjacentes, et cela non seulement à vide, mais encore en charge, en suite de quoi les voltages de phase ainsi obtenus sont rectifiés individuellement et composés en un voltage continu.
L'invention sera, en tous cas, bien comprise à l'aide de la description qui suit et des dessins annexés,lesquels sontsurtout des schémas destinés à en faire comprendre le principe. D'autres carac- téristiques de l'invention seront d'ailleurs décrites au cours de la présente description.
Dans les dits dessins: les Fig. 1 à 5 montrent certaines formes d'ondulation d'intérêt général ; les Fig. 6 à 9 montrent le principe de l'invention appliqué à un système triphasé; la Fig. 10 représente un mode de réalisation pratique de l'invention; la Fig. 11 est un schéma développé d'un intervalle polaire ; les Fig. 12 et 13 montrent certaines courbes ayant-rapport au dit intervalle polaire; la Fig. 14 représente schématiquement le dispositif montré Fig. 11, supposé vu de l'intérieur de l'armature; les Fig. 15 et 16 montrent certaines courbes; les Fig. 17 à 21 montrent d'autres modes de réalisation de l'invention.
La Fig. 1 montre un schéma de voltage pour un courant sinusoidal triphasé de phases a,h et c. Les voltages de phase sont, comme il est connu, respectivement décalés de 120 degrés électri- ques. S'il était possible de rectifier toutes les demi-alternances négatives des voltages, on obtiendrait - au moins théoriquement le schéma de la Figure 2, dans lequel a1 vb1 et c1 désignent les demi-alternances négatives renversées des voltages de phase cor-
<Desc/Clms Page number 4>
respondants. Si les dites impulsions redressées sont ajoutées,on peut obtenir la courbe d, Fig. 2, laquelle possède une ondulation de voltage superposée de fréquence sextuple.
Ainsi qu'il l'a été signalé dans le préambule,il est cependant possible,dans la pra- tique, de reproduire de telles courbes, car il n'y a pas d'inter- valles de voltage zéro bien déterminés pour la commutation entre des périodes de voltage consécutives, comme figuré en a et a1.
Etant donné que les balais de la commutatrice servant au renver- sement des ondulations de voltage et de couvant doivent avoir une certaine largeur périphérique, une partie de l'ondulation de volta- ge sera court-circuitée dans le voisinage du point zéro de l'ondu- lation, à la suite de quoi la courbure de l'ondulation est défor- mée et il naît une tendance à la production d'étincelles.
Afin de faire bien comprendre le principe de l'invention, certains desiderata se rapportant à la forme de l'ondulation des impulsions de voltage rectifiées vont être exposées. La Figure 3 représente de telles impulsions de forme rectangulaire relatives à trois phases différentes e1. f1 et g1. La durée de chaque im- pulsion de voltage est dans ce cas de 60 degrés électriques ou, en général, de 180 degrés divisés par le nombre de phases, soit
180 . Si les dites différentes portions de voltage sont mutu- m ellement superposées, on obtient un voltage continu ayant une am- plitude constante h. Dans l'espace compris entre les ondulations consécutives de voltage existent d'importants intervalles de vol- tage zéro ayant une durée de 120 degrés électriques ou, en géné- ral, de 180 m1 degrés électriques.
Il ressort de cela que la m capacité des pièces génératrices de voltage n'est pas utilisée éco- nomiquement, tandis que, d'autre part, les intervalles de voltage zéro deviennent plutôt trop considérables.
Afin d'augmenter le degré d'utilisation, on peut aussi prévoir, selon la Figure 4, que les ondulations de voltage des
<Desc/Clms Page number 5>
trois phases e2, f2 et g2 ont une longueur double, ou de 120 degrés électriques correspondant à 2 180 degrés,ou, en général, à n 180 m m degrés, n étant un nombre entier plus petit que m, auquel cas il ne reste que 60 degrés électriques ou,en général, 180 (m ¯ n) de- m grés pour les intervalles de voltage zéro. Si les dits voltages sont superposés, un potentiel continu d'une amplitude k égale à 2h ou, en général,égale à nh est obtenu.
Si les pièces génératrices de voltage n'ont pas à fournir un voltage plus élevé, le voltage continu résultant sera deux fois aussi élevé que dans le cas pré- cédent, dans un système triphasé ayant le nombre n = 2. Il est ce- pendant très difficile en pratique de produire des formes d'ondu- lation exactement rectangulaires, ce pourquoi il est préférable d'utiliser la forme trapézoidale représentée Fig. 5 ou une forme d'ondulation analogue pour le voltage de phase rectifié e3,f3 et g3.
Selon cette Figure, chaque ligne trapézoidale comporte une moyenne de 120 degrés électriques, mais a une portion en pente com- portant 20 degrés, auquel cas la portion supérieure de l'ondula- tion aura une étendue de 120 - 20 100 degrés électriques, et l'intervalle de voltage zéro, une étendue de 60 - 20 = 40 degrés électriques.
Dans ce cas, on obtient également une amplitude k pour le voltage continu résultant, par superposition, lequel volta- ge possède une amplitude à peu près constante, à condition que les impulsions de voltage aient une forme exactement trapézoidale, ou bien aient des périodes d'amplitude constante limitées par des courbes de raccord en forme d'S, étant symétriques par rapport à une droite horizontale située à une distance de la ligne neutre égale à la moitié de l'amplitude de l'ondulation. A condition que l'étendue angulaire de la partie en pente soit de ² degrés, l'éten- due du sommet de l'ondulation est,en général, de 180.n- '( de- m grés électriques, et l'étendue de voltage zéro, de 180 (m-n) m degrés.
La pente doit être en conséquence moindre que 180 (n-m) m degrés.
<Desc/Clms Page number 6>
Si l'on part d'une courbe sinusoïdale A,B selon la Fig.
6, et que l'on veuille la déformer de façon à obtenir une courbe de voltage trapézoïdale C, D, il faut clairement superposer un voltage alternatif au voltage A,B. A la condition que la surface de l'ondulation dans les deux phases reste la même, ce voltage auxiliaire doit avoir un intervalle négatif correspondant à la surface E,suivi d'un intervalle positif F, un intervalle négatif G, un intervalle positif H, et un intervalle négatif K. Un voltage auxiliaire absolument symétrique mais de signe opposé, doit être superposé à la demi-ondulation négative B afin d'obtenir la ligne trapézoïdale D.
Dans la pratique, on rencontre cependant certaines difficultés pour produire exactement le voltage alternatif voulu E.F.
G.H.K. On obtient un résultat approché très satisfaisant grâca au voltage alternatif auxiliaire montré Fig. 7, s'étendant sur trois cent soixante degrés électriques et comportant les portions négatives L, 0, M1 et N1 et les portions positives M, N, L1 et O1. Si l'on superpose une telle courbe à la courbe sinusoïdale A,B de la Fig. 6, on obtient la courbe résultante A1, B1 montrée Fig. 8.
Cette courbe concorde tout à fait exactement avec la forme tra- pézoïdale désirée, sauf quelques petites déviations par rapport à la partie constante de la dite ligne. En rectifiant un tel voltage alternatif trapézoïdal, on obtient la courbe A1 B'1 représentée Fig. 9. Dans le cas où les trois phases possèdent ainsi un voltage alternatif à peu près trapézoïdal, lequel est ensuite rectifié dans chaque phase individuellement, on obtient les courbes A2, B2 et A3, B3. Par la superposition de ces voltages, on obtient un voltage continu résultant ayant environ une amplitude double. Ce voltage continu comporte un certain voltage alternatif ondulé de fréquence sextuple, de telle façon que la plus basse valeur instantanée du voltage continu s'écartera d'environ 30% du plus haut potentiel continu.
En utilisant deux groupes triphasés connectés
<Desc/Clms Page number 7>
en série et ayant un décalage mutuel de phase de 30 degrés électriques, au lieu d'un seul groupe triphasé, la plus grande dévia- tion peut être cependant notablement réduite - jusqu'à environ 4%. Si le nombre des groupes triphasés est augmenté au-delà, la plus grande déviation dans le voltage, par rapport au voltage continu idéal, sera, environ,inversement proportionnelle au carré du nombre des dits groupes. Il n'y a pas d'objection majeure au fait de prévoir l'installation avec un nombre quelconque de groupes triphasés connectés en série, mais on trouvera dans la pratique que un groupe - ou au plus deux - conviendra, auquel cas les ondulations correspondantes dans le voltage continu auront à être tolérées.
Dans l'installation montrée Fig. 10, possédant deux groupes triphasés connectés en série, le voltage alternatif triphasé sinusoïdal est amené par les conducteurs principaux 1,2 et 3.
Aux dits conducteurs sont connectée, deux transformateurs T1 et T2.
Les enroulements primaires du transformateur Tl sont connectés en étoile, tandis que ceux du transformateur T2 sont connectés en triangle. On obtient alors les décalages désirés de phase de 30 degrés entre les deux systèmes secondaires, selon les principes bien connus dans la technique électrique. Le transformateur T1 possède en outre un enroulement additionnel Lo connecté en triangle, dont le rôle sera expliqué ci-après. Les enroulements secondaires des transformateurs sont désignés par les références T1 à L6, dont les indices concernent les positions mutuelles des phases des enroulements. Les différents enroulements sont séparés électriquement les uns des autres et sont, comme visibles, décalés respectivement de 30 degrés électriques.
Les six enrouleménts secondaires sont, suivant leur ordre de phase, reliés chacun à un des enroulements d'armature S1 à S6 d'une machine synchrone C1. Par raison de simplification, cel-
<Desc/Clms Page number 8>
le-ci est figurée comme étant du type bipolaire, bien qu'il soit préférable, comme on le verra plus loin, eu égard au type de commutatricesutilisées dans ce cas, de prévoir une machine possédant un nombre de pôles qui soit un nombre entier multiplié par quatre.
Le décalage de phase entre deux phases consécutives n'est que de 30 degrés électriques. Cette machine a pour but d'induire un voltage alternatif auxiliaire dans ses enroulements d'armature, par exemple en forme de V, comme représenté sur la Fig. 7. Il est à remarquer que, avec la forme d'ondulation montrée, par exemple sur la Fig. 7, l'effet résultant réalisé par la machine T1 sera uniquement réactif, pourvu que l'ampérage soit constant en lui-même, et que les surfaces des ondulations de voltage positif M,N correspondent aux surfaces des ondulations de voltage négatif L,O. A une amplitude constante du courant, c'est-à-dire si le courant continu réalisé est constant. ,les différentes onditions de voltage donneront le même effet, mais chaque fois avec un signe différent.
En conséquence, il n'y a pas besoin de fournir 'de l'énergie active pour maintenir la machine G1 en rotation, et il n'y aura à compenser par le moteur d'entraînement, que les pertes résultant du frottement et les autres pertes à vide - lequel moteur pourra avantageusement être un moteur dit "autosynchrone", alimenté directement à partir des conducteurs principaux 1,2 et 3. Le fait que la charge du moteur d'entraînement est indépendante de la charge du courant continu pourra revêtir une grande importance dans certains cas.
Les circuits secondaires comportent en outre chacun une commutatrice K1 à K6. Chacune d'elles comporte deux segments, dont ceux appartenant aux différentes commutatrices sont respectivement décalés d'un angle de 30 degrés électriques. Etant donné que chaque tour de la commutatrice provoque quatre courts-circuits, le dit angle correspond à 15 degrés mécaniques. Les courts-circuits provoqués par les balais dans les différentes commutatrices
<Desc/Clms Page number 9>
seront Hors de phase, selon leurs angles de phase respectifs des enroulements L1 à L6 .Si la machine G1 est du type bipolaire, les commutatrices doivent faire un nombre de tours égal à la moitié de celui de la machine.
Pour ce motif, on trouvera très pratique, dans une commutatrice en deux parties, de construire la machine avec quatre pôles ou plutôt quatre pièces polaires, de façon que la commutatrice puisse être accouplée directement à l'arbre de la machine. Dans une commutatrice à quatre parties, le nombre des pôles doit être de huit, dans une commutatrice en six parties, de douze, etc.. Perpendiculairement à une paire de balais 4,5 de la commutatrice K1, il est prévu une autre paire de balais 6,7 par lesquels partent les impulsions de voltage rectifié. Les autres'commutatrices sont disposées de façon semblable et connectées en série, de sorte qu'un voltage rectifié peut être pris aux bornes 8, 9.
Comme il ressort de la Fig. 7, quatre ondulations de voltage doivent être induites dans la machine synchrone G1 par chaque demi-période, ondulations desquelles les adjacentes,telles que N,O,L,M1, sont de préférence induites par la même pièce polaire. Les voltages alternatifs induits auxiliaires doivent, en outre, être induits pendant la partie de la période durant laquelle le voltage de la phase alternative passe de son amplitude positive à son amplitude négative, ou vice-versa. Pendant ces intervalles, durant lesquels le voltage de phase varie au voisinage de son amplitude maximum, les voltages alternatifs auxiliaires doivent, cependant, être égaux à zéro.
Il ressort de ce fait que les pièces polaires de la machine G1 doivent être synchronisées, par rapport au voltage de phase, de telle façon que les côtés de la bobine d'une phase quelconque coïncide avec le centre d'une pièce polaire juste à un moment tombant exactement entre deux maxima du voltage de phase. Cette condition fait en outre ressortir le fait
<Desc/Clms Page number 10>
que l'énergie distribuée par la machine est purement réactive. Les pièces polaires sont pourvues d'un enroulement d'excitation P1 tel que les voltages auxiliaires, d'une part, présentent dans la mesure du possible la forme désirée, et, d'autre part, deviennent proportionnels au voltage de phase efficace. Pour satisfaire au premier des dits deux desiderata, l'enroulement d'excitation Pl doit être établi selon certaines règles qui vont être exposées plus loin.
Pour satisfaire au second desideratum, l'enroulement d'excitation P1 est avantageusement alimenté par un convertisseur rotatif G2 dont le côté à courant alternatif sur les lignes 10, 11, 12 est alimenté directement par les conducteurs principaux 1,2,3.
Pour corriger les déviations ou écarts dans l'excitation, dus entre autres à l'échauffement des conducteurs, un générateur auxiliaire G3 peut être branché dans le circuit à courant continu du convertisseur rotatif G2. L'enroulement d'excitation M du dit générateur auxiliaire est commandé par un relais P1. Ce relais est à son tour connecté, par exemple, entre un des balais 13 de la commutatrice K6 et un balai auxiliaire 13a disposé près de l'arête frontale du balai 13. Si l'excitation n'est pas tout à fait correcte, l'intervalle de voltage zéro V1 représenté sur la Fig. 8 ne présentera pas son développement complet, de telle façon qu'une impulsion se produit entre les balais principal et auxiliaire 13 et 13a au début de l'intervalle de commutation.
Cette impulsion est égalisée et amplifiée par le relai R1 de sorte que l'enroulement M reçoit un courant continu de l'un ou l'autre sens. Une force électromotrice est ainsi induite dams l'armature du générateur G laquelle se superpose au voltage distribué par le convertisseur G2,par suite de quoi l'excitation de la machine G1 est augmentée ou diminuée selon les circonstances. Le mène résultat peut également être obtenu à l'aide d'un enroulement de réglage spécial, non représenté, lequel est alimenté par le relais R1. Il
<Desc/Clms Page number 11>
peut être également avantageux de prévoir un enroulement négatif compound, non représenté, pour compenser la perte de voltage en charge.
En outre, les pièces polaires sont avantageusement prévues avec un enroulement de compensation Q1 dont l'axe magnétique passe par le centre de la pièce polaire, et dont la force magnétomotrice est proportionnelle à, la charge et égale, mais de sens onposé, à la force magnétomotrice causée par l'enroulement d'armatu- re. Pour provoquer cette alimentation proportionnelle à la charge, l'enroulement de compensation Q1 est de préférence branché sur la ligne 15,16 en série avec le circuit à courant continu 8, 9.
Comme le courant, dans les différents enroulements de phase, ne se renverse pas de lui-même par suite de la self-induction des circuits, il faut également introduire un voltage auxiliaire de commutation pendant la période de commutation de chaque phase, ce pourquoi les pôles comportent un enroulement spécial de commutation Q2. L'action magnétique de cet enroulement doit se faire sentir au milieu de l'intervalle de voltage zéro pour lequel son axe magnétique doit coincider avec le centre de la pièce polaire. Afin de provoquer un voltage de commutation proportionnel à l'ampérage, l'enroulement Q2 est branché en série avec l'enroulement Q1 dans le circuit à courant continu 8, 9 de la machine.
Si, cependant, la commutation n'était pas rigoureusement exacte, c'est- à-dire si le courant, à la fin de la période de commutation, ne s'était pas renversé complètement et n'avait pas repris la même valeur qu'avant la commutation, mais de sens opposé, il y aura une tendance à la Réduction d'étincelles à l'arête terminale du balai, repérée par rapport au sens de rotation. Sur ce phénomène peut être basé un procédé de correction, comprenant un enroulement auxiliaire de commutation Q3 commandé par le ralais R2 de préférence semblable au relais R1. Le relais R2 est connecté entre le balai
<Desc/Clms Page number 12>
13 et un balai auxiliaire 13h disposé près de l'arête terminale du balai 13.
Il a été prouvé en pratique, cependant, que dans des machines de dimensions plus petites, on obtient une opération tout à fait satisfaisante même en l'absence des deux relais R1, R2 et des dispositifs auxiliaires G3 et Q3 commandés comme dit, de sorte que dans beaucoup de cas, on peut se passer de tels relais.
Le dessin d'une pièce polaire est montré sur la Fig. Il, qui s'étend sur un intervalle polaire ou 180 degrés électriques, correspondant à la distance entre deux maxima positif et négatif consécutifs, dans la courbe de voltage alternatif pour chaque phase. Sur la Fig. 14, la pièce polaire de la Fig. 11 est représentée vue par en-dessous, ce qui fait clairement comprendre la disposition des conducteurs. La pièce polaire est ici prévue pour une inclinaison \(de la courbe de voltage de phase trapézoïdale correspondant à 20 degrés électriques. Dans ce cas, la distance de a7 à b7 de la Fig. 7 doit être de 20 degrés, la distance de b7 à c7 = c7 à d8 = 10 degrés, et la distance de d7 à e7 égale à 20 degrés.
Si une courbe en escalier suivant la Fig. 12 est acceptée comme la plus grande approximation pratique de la ligne brisée de voltage ou de force magnétomotrice respectivement sur la Fig. 7, la disposition suivante est concevable : deux larges rainures 16 et 17 sont prévues sur les côtés opposés du centre de la pièce polaire, et à une distance de 30 degrés électriques de celui-ci. Entre les dites rainures sont prévues quatre rainures beaucoup plus petites situées à une distance respective de 10 degrés électriques, c'est- à-dire étant à 5 et 15 degrés électriques de la ligne centrale de la pièce polaire.
En dehors des larges rainures 16 et 17 il y a quatre rainures étroites 22,23,24 et 25, symétriquement disposées comme représenté sur la Figure à une distance de 45 et 55 degrés
<Desc/Clms Page number 13>
électriques de la ligne centrale de la pièce polaire. Les groupes de conducteurs 26,27,28 et 29 (dans certains cas 27 et 29) constituent dans le cas actuel l'enroulement de commutation Q2 (ou seulement une portion de celui-ci, auquel cas le reste de l'enroulement Q2 est placé dans les espaces 60 et 61). La direction relative du courant dans les dits conducteurs est montrée sur la figure, un point désignant un courant venant vers l'observateur, et une croix désignant un courant s'éloignant de l'observateur. L'enroulement de compensation Q1 comprend les groupes de conducteurs 30 à 43.
La direction du courant dans les dits groupes est représentée de la même manière que ci-dessus au. moyen de points et de croix. La disposition génératrice des conducteurs est représentée Fig. 14. La force magnétomotrice Hl provoquée par l'enroulement de commutation 26, 29 et 27,28 est représentée Fig. 13. Si l'on utilise seulement le groupe de conducteurs 26,29, la courbe H1 sera rigoureusement rectangulaire. Le voltage de commutation provoqué ici doit naturellement tomber au milieu de la période de court-circuit. L'axe magnétique., à la fois de l'enroulement de commutation et de l'enroulement de compensation, doit coïncider avec le centre de la pièce polaire.
L'enroulement propre d'aimant P1 comprend quatre différents groupes. Un des groupes comprend des groupes de conducteurs, ou des conducteurs, 44,47 et 45,46 dont l'axe magnétique,dans l'exemple décrit, est à une distance de 42,5 et 37,5 degrés du centre de la pièce polaire. Le groupe suivant comprend le conducteur ou les groupes conducteurs 48,51 et 49,50 dont l'axe magnétique, dans l'exemple représenté, se trouve à 17,5 et 22,5 degrés du centre de la pièce polaire. La seconde moitié polaire comprend deux groupes disposés symétriquement avec ceux-ci, ou les conducteurs ou groupes conducteurs 52,55 et 53,54 et en plus 56,59 et 57,58, dont l'axe magnétique est symétrique par rapport aux deux premiers groupes
<Desc/Clms Page number 14>
susmentionnés.
La force magnétomotrice provoquée par l'enroulement d'aimant P1 est schématiquement représentée sur la Fig. 12. La courbe magnétomotrice possède une portion positive en escalier N2, une portion négative O2, une portion positive L2 et finalement une portion négative M2. Les portions N,O,L1 et M1 de la courbe représentée Fig. 7 sont, peur pouvoir être comparées, représentées en traits fins sur la Fig. 12. On voit d'après cette Figure que la force magnétomotrice obtenue coïncide, d'une façon comparative- ment exacte, avec la courbe désirée. Il faut en outre remarquer que, en pratique, il n'y a pas de transitions brusques entre les différentes portions de courbes, car les déviations ou écarts sont, en réalité, bien moindres que ceux représentés sur le dessin.
En outre, il est possible d'obtenir une égalisation en disposant les rainures de l'armature de façon qu'elles fassent un angle avec les rainures polaires.
Dans le cas où un enroulement de réglage O3 est nécessai- re pour la commutation, cet enroulement peut, par exemple,avec cet- te portion de l'enroulement de commutation Q2 qui n'est pas disposé en-dessous dans les fentes ou rainures 26, 29, être par exemple introduit dans des espaces spéciaux 60 et 61 représentés sur le dessin en traits mixtes.
Afin d'expliquer plus nettement le rôle de l'enroulement spécial LO prévu sur le transformateur connecté en étoile, il faut noter ce qui suit : comme on le comprend d'après la Fig. 10, le courant traversant par exemple le circuit d'enroulement 5, S1, L1 4, doit être exactement égal au courant continu principal traver- la sant le circuit 6,7,6,9 dans toutes les positions de/commuta- trice, à l'exception des positions angulaires pour lesquelles cha- cun des balais 4,5,6 eu 7 provoque un court-circuit des deux seg- ments, courant passant alors clairement entre les balais 6,7 sans avoir à traverser le circuit d'enroulement.
Comme montré Fig. 15,
<Desc/Clms Page number 15>
le courant de phase comprendra une portion positive horizontale J11 et une portion horizontale négative J12. A une distance correspondant à l'interva.lle de court-circuit, le courant doit se renverser,selon la courbe J13 suivant le principe de la commuta- tion dite "commutation rectilinéaire". Pour faciliter l'identification, on aégalement dessiné les ondulations A1 et B1 du voltage de phase. Les conditions énoncées se rapportent à la phase L1, comme mentionné.
Dans la phase L5, le courant est déplacé suivant la courbe J21, J22w, et dans la phase L3, selon la courbe J31,J32 Dans les transformateurs ordinaires dans lesquels le courant est sinusoïdal (se rapporter par exemple au schéma de la Fig. 1). la somme des différents courants de phase est toujours égale à zéro.
Comme cependant les courants suivant la Fig. 15 ne sont pas sinusoïdaux et,d'autre part, n'ont pas une forme telle que la somme des courants de phase soit nulle, on obtient un courant résultant J4, Fig. 16, en additionnant les amplitudes instantanées des courants. Le courant résultant possède une fréquence triple. Dans un système connecté en étoile sans fil neutre, la somme des courants doit cependant être toujours égale à zéro, c'est-à-dire que le courant J ne peut alors naître. Afin d'éviter les troubles dans le transformateur T1 dus à cela, on peut prévoir que le point neutre du côté primaire soit connecté au point neutre des conducteurs principaux,ou encore, si ce point n'est pas accessible,qu'un enroulement Lo soit établi, à, travers lequel pourront passer les courants de réglage.
Si le voltage continu que l'on veut obtenir est tellement élevé que la machine G1 de la Fig. 10 ne puisse être avan- tageusement directement établie pour ce voltage, la dite machine pourra être établie pour un bas voltage, tandis que les voltages auxiliaires sont introduits au moyen de transformateurs dans ces circuits à haute tension, par la commutation desquels l'on obtient
<Desc/Clms Page number 16>
le courant continu à haute tension. Ce principe peut être réalisé dans la pratique, de différentes façons.
Le voltage des conducteurs principaux triphasés peut, par exemple, être d'abord transformé jusqu'à avoir une amplitude convenable pour la machine auxiliaire, la conversion voulue du nombre de phase ayant lieu simultanément. Après que la machine auxiliaire a converti la courbe de voltage sinusoïdale en une for- me trapézoïdale ayant des intervalles de voltage zéro bien déter- minés, le voltage ainsi converti est transformé jusqu'à obtenir l'amplitude voulue, après quoi il est rectifié au moyen de la com- mutatrice à haute tension. En outre des transformateurs T1 et T2 représentés Fig. 10, il faut alors prévoir deux transformateurs T3 et T4 survolteurs, portant l'entière puissance convertie,pour réaliser le dit survoltage (se rapporter à la Fig. 17).
Ou bien encore, les transformateurs Tl et T2 de la Fig.
10 peuvent être prévus directement avec un voltage secondaire correspondant au voltage rectifié et au voltage auxiliaire de haute tension introduit dans les différentes phases par des trans- formateurs,dent l'enroulement secondaire est ainsi branché en sé- rie avec les dites phases, tandis que les enroulements primaires sont reliés aux bornes de la machine auxiliaire à basse tension (se rapporter à la Fig. 20). Les dits transformateurs ont seu- lement besoin d'être dimensionnés pour une puissance correspon- dant aux dimensions de la machine auxiliaire et sont, comme il est de règle, plus petits que dans le cas précédent.
Dans la Fig. 17, les enroulements de phase S41à S46 de la machine G4 sont, dans l'ordre de phase correct, donnectés aux enroulement primaires L31 à L36 des transformateurs T3 et T4.
Les enroulements secondaires L21 à L26 des dits transformateurs sont alors à leur tour connectés aux commutatrices K1 à K de la façon décrite ci-dessus en rapport avec la Fig. 10. D'ailleurs,
<Desc/Clms Page number 17>
des principes semblables sont observés, comme pour la Fig. 10,sauf certaines exceptions déjà mentionnées, causées par le voltage continu plus élevé et par l'existence des courants d'excitation des transformateurs T3 et T. A un voltage continu élevé, le courant continu de haute tension peut ne pas être convenablement utilisé pour alimenter les enroulements de compensation et de commutation de la machine G, mais il faut employer un courant continu à basse tension y proportionnel.
Pour engendrer ce courant continu à basse tension et régler sa proportionnalité à la charge de haute tension plusieurs réalisations peuvent être conçues. On peut prévoir une machine G5 spéciale à courant continu, .laquelle est excitée soit directement par le courant continu à haute tension,ou par l'intermédiaire d'impulsions de voltage dérivées entre un balai principal et un balai auxiliaire à l'arête terminale du premier,et ensuite convenablement égalisées et amplifiées. Au cas où la machine G5 serait alimentée par du courant continu à haute tension,sa vitesse devrait être 'naturellement constante. Le générateur G5 comporte également, de préférence,un enroulement d'excitation auxiliaire M3 alimenté séparément, dont le courant est réglable au moyen de la résistance n3.
En plus de l'enroulement d'excitation P41. il est aussi prévu un enroulement d'excitation auxiliaire P42 ayant pour rôle de compenser la partie des forces magnétomotrices des enroulements d'armature S41 à S46 qui est engendrée par les courants d'excitation des transformateurs T3 et T . L'axe magnétique de cet enroulement doit être évidemment déplacé de 90 degrés électriques par rapport à l'axe central de la pièce polaire , et est en consé- quence disposé, par exemple,comme il est représenté en traits mixtes sur les Fig. 11 et 14.
Etant donné que le courant d'excitation lepend du voltage fourni , l'enroulement P42 est avantageu- sement connecté en série avec l'enroulement d'excitation propre P41 alimenté par le convertisseur rotatif G6.
<Desc/Clms Page number 18>
Même dans ce cas, on peut naturellement prévoir des enroulements spéciaux de réglage commandés par relais, comme décrit en référence à la Fig. 10.
Comme autre solution, on peut concevoir que les courants
EMI18.1
prirnaires à basse tension des transformateurs T3 et T sont rectifiés au moyen d'une comtmtatrice auxiliaire spéciale et utilisés pour alimenter la commutation dans les enroule::lents de compensation. A la place du générateur G5' l'on eut prévoir 'me commuta- tricprimaire.
EMI18.2
La Pig. 15 àu présent brevet représente un dispositif de circuits pour dériver du courant continu à partir du circuit à basse tension des transformateurs. Ce dispositif est conforme,dans
EMI18.3
jon essence,avec celui représente sur la. ::'i2:;. 17, le générateur G correspondant au générateur G de la Fig. 17.
Chaque enroulement due phase S41 à S46 est toutefois subdivise en deux enroulements le hase déplacés mutuellement de 180 degrés électriques ,de
EMI18.4
sorte que l'on obtient douze phases S7la à S7ôa et S7lb à S76b dans le générateur Ù ,- celles ayant l'indice a étant diamétralement opposées ou à là0 degrés électriques hors de phase, ar raport à celles ayant l'indice b et la mène référence numérique. Les enroulements Lll à Li de la Fig. 17 peuvent être identifiés avec les mêmes désignations dans la Fig. 18, étant alors présupposé qu'il a été prévu six transformateurs monophasés. De la même façon les enroulements secondaires L21 à L26 des transformateurs survolleurs se retrouvent dans la Fig. 18.
D'autre part, les enroulements secondaires L1 à L6 de la Fig. 17, du premier groupe de transformateurs, sont subdivisés, sur la Fig. 18, en deux moitiés L11a à
EMI18.5
11680 et 1l1b à 116b . De même,les enroulements primaires L31 à 136 des transformateurs survolteurs de la Fig. 17 sont subdivisés,sur la Fig. 18, en deux moitiés 12180 à L26a et L2lb a 126b . En outre, les enroulements d'excitation P71 et P72 du générateur Gn sont
<Desc/Clms Page number 19>
alimentés séparément .comme représenté sur la Fig. 17, par exemple à partir des bornes 87, 88 d'un convertisseur rotatif non représenté.
L'enroulement de compensation Q71 et l'enroulement de commutation Q72 sont alimentés par du courant continu, -provenant d'une commutatrice K7 dont la construction va être décrite avec plus de détails ci-après et laquelle, évidemment, est entièrement réparée du circuit à courant continu à haute tension comprenant les enroulements L21 à L26.
Dans une machine bipolaire, la commutatrice K7 est prévue avec douze segments V1a à V6a et V1b à V6b.Les dits segments peuvent être de préférence statiques, tandis que les balais B71 et B72 qui coopèrent avec,sont rotatifs. Les balais sont branchés avec les enroulements Q71, Q72 tournant avec les balais.
Comme on le voit sur la Fig. 18, un passage pour le courant entre deux segments consécutifs de commutatrice, tels que V1a et V2a peut être tracé par deux enroulements de transformateurs L21a et L11a, un enroulement d'armature S71a, et retour au segment suivant V2a de la commutatrice K7, Les segments Vlb et V2b corresoondant aux segments susmentionnés mais hors de phase, en relation avec selon 180 degrés électriques,sont interconnectés suivant un chemin de courant comprenant les enroulements de transformateurs L21B et L11b' lesquels deux enroulements sont renversés par rapport aux enroulements L21a et L11a, puis l'enroulement d'armature s71b du générateur G7 et retour au segment V2b de la commutatrice K7.
Il est en outre évident que ce dispositif d'enroulernent tout entier se ferme aux points 71 à 82, ce qui donne un montage dit "montage en triangle",dont les propriétés générales sont facilement commorises grâce au schéma simplifié de la Fig. 19, montrant les diffé- rents circuits :
le segments ou "bobines". Il est cependant évident que les enroulements d'armature du générateur G7 ne portent bas seulement ces voltages auxiliaires, nécessaires pour rendre trapé-
<Desc/Clms Page number 20>
zoîdale l'ondulation des voltages alternatifs de ohase, et ces courants de charge correspondant à une certaine charge,nais aussi les courants d'excitation des transformateurs T3, T4, Afin de ne pas avoir un calage différent des balais B71, B72à vide, il est préférable de brancher en circuit un générateur G8 dit "géné- rateur séparateur" , dont les différents enroulements d'armature S81a à S86a et S81b àS86b sont,en ordre voulu, connectés à tra- vers les segments correspondants de la commutatrice K7.
Ce gén rateur séparateur peut être construit de telle façon qu'il asnire, pour ainsi dire, ou trie les composantes d'excitation des courants alternatifs fournis par la commutatrice K. Les courants alter- natifs fournis ou distribués par la commutatric K. seront ainsi libérés des dites composantes, et le courant continu traversant les enroulements Q71 Q72 proportionnel aux composantes de charge des courants alternatifs de phase. Pour absorber les courants d'exci- tation des transformateurs à vide, il faut compenser la chute de voltage dans les enroulements de phase S81a,etc.., provoquée par les courants d'excitation des transformateurs.
A cet effet, la ma- chine G8 comporte un enroulement d'excitation P81 enroulé sur le noyau du pôle principal lui-même, et un enroulement de compensation.
P82 disposé dans les faces polaires de pôles auxiliaires prévus entre les pôles principaux, les deux enroulements ayant leurs axes au centre du pôle principal. Etant donné que les courants d'excitation des transformateurs varient dans une certaine propor- tion par rapport au voltage du générateur G7, il est préférable de brancher les enroulements P81 et P82 en série avec l'enroule- rnent d'excitation P71.
Afin d'empêcher, à la mise en charge du dispositif, qu'une partie du courant de charge se ferme à travers les enroulements d'armature du générateur G8 au lieu d'être rectifiée par la commu-
<Desc/Clms Page number 21>
tatrice K7 ,le voltage du générateur G8 doit être augmenté pro-
EMI21.1
portionnellement au courant de charge.Pour cela,ses pôles 1Jrincipai1x sont munis d'un autre enroulement Q61 branché en série 8.vec les enroulements (71 et Q72 par des bagues o5,66 et des balais 70, 83, et en conséquence traversés par la composante de charge du courant rectif ié au moyen de la commutatrice K7, L'amplitude du voltage induit par l'enroulement Q81 doit être telle que, après rectification au moyen de la commutatrice K7,le dit voltage cor- responde exactement à la chute de voltage dans le circuit B72.
EMI21.2
Q72' Q7l1 65, 70, Qai , 8-µ , 86, B7l8 Dans certains cas, on eut prévoir un enroulement de réglage non re'orésenté sur le dessin. Il a été supposé ci-dessus que le voltage des conduc-
EMI21.3
teurs principaux triphasés avait été transformé ,dans les transfor- mateurs T2. TR2 en un voltage convenable pour le générateur auxi-
EMI21.4
liaire (T' 7p lequel voltage est transformé à nouveau jusqu' à une amplitude correspondant au voltage voulu du courant continu. Cela
EMI21.5
?.ftseJ1te, cependant, l'inconvénient qu'il faut faire deux transformations du résultat total du. système.
Le mené desideratum, c'est- a-dire la possibilité de construire le générateur auxiliaire in-
EMI21.6
dépendamment du voltage continu principal, et en vue du voltage le plus convenable, du point de vue de la construction,peut être également obtenu en faisant directement transformer,par le pre-
EMI21.7
mier groupe de transformateurs T J, T,. montrés Fie. 20, le voltage alternatif jusqu'à la haute tension voulue aux commutatrices K1 à K6. Le générateur auxiliaire G9 travaille alors à la place par l'intermédiaire des transformateurs T11 à T16 sur les circuits à haute tension.
Il suffit alors seulement que les dits transformateurs soient dimensionnés pour transférer les voltages auxiliaires du générateur Gg aux circuits à haute tension.pour laquelle raison les dits transformateurs peuvent être plus petits que les transfor
EMI21.8
mateurs T., T4 montrés sur les Fig. 17 et 18, lesquels ont à trans-
<Desc/Clms Page number 22>
férer la puissance totale du dispositif. Sur la Fig. 20, on a supposé,par mesure de simplification, que l'enroulement de compensation Q91 et l'enroulement de commutation Q92 sont branchés directement dans le circuit haute tension entre la comutatrice K6 et la borne 86.
L'enroulement d'excitation P91 et l'enroulement de compensation P92 prévus pour le courant d'excitation dans les transformateurs T11 à T16 sont, comme susmentionné,en connection avec les autres dispositifs alimentés par une source de courant séparé 87, 88, consistant par exemple en un convertisseur rotatif non représenté sur le dessin. Dans ce dispositif, les enroulements S91 à S96 portent un courant, lequel est directement proportionnel au courant de phase du côté haute tension, et inversement propor- tionnel au rappcrt de transformation des transformateurs T11 à T16. Les voltages qui doivent être distribués par ces enroulemenhts d'armature comprennent les voltages alternatifs auxiliaires réduits au côté primaire des transformateurs T11 à T16.
En plus, les enroulements S01 à S96 doivent évidemment distribuer des courants d'excitation correspondant aux voltages qui doivent être induits dans les enroulements basse tension des transformateurs T11 à T16.
Dans le schéma de connexion montré Fig. 20 , cn a, pour la clarté de l'exposé, supposé que le courant continu haute tensioii est utilisé pour alimenter les enroulements Q91. Q 92 lesquels,comme mentionne dans un autre cas, peuvent présenter certaine inconvénients. Comme montré sur la Fig. 21, il est possible de dériver le dit courant d'alimentation, suivant les mêmes principes que ceux illustrés sur la Fig. 18, d'une commutstrice auxiliaire K8, les générateurs princial et auxiliaire G10 et G11 comportant, par exemple .douze phases,lesquelles, dans les machines bipolaires, sont connectées à douze segments de la commutatrice K- de la fa- çon représentée sur la Fig. 18.
Les enroulements primaires des
<Desc/Clms Page number 23>
transformateurs T11à T16 sont, d'une manière correspondante, subdivisés en deux moitiés L31a à L36a et L31b à L36b, les enroulements d'indice étant inversés par rapport à ceux ayant l'indice b, et la. même désignation numérique. Grâce à cette connexion, on obtient l'avantage que les circuits haute tension associés aux transformateurs T , T6, les enroulements haute tension des transfor- mateurs T11 à T16, et les commutatrices K1 à K6 doivent être,électriquement, complètement séparés des circuits de la machine comportant, entre autres, le rotor et la stator du générateur G10 et la commutatrice K8.
On a supposé ci-dessus que l'on a employédeux systèmes triphasés,lesquels sont mutuellement disposés de telle façon qu'il y aura un décalage de phase de 30 degrés électriques entre les phases consécutives. Comme on peut aisément le comprendre,le dispositif peut cependant être adapté pour tout nombre de phases voulu, selon les principes bien connus en électrotechnique.
Afin de bien faire comprendre l'invention, il a en outre été supposé que du courant alternatif était transformé en courant continu ; mais il faut remarquer que tous les dispositifs susdé- crits peuvent être également employés pour transformer du courant continu en courant alternatif, par exemple en courants sinusoïdaux triphasés, suivant les principes bien connus.
Il a été exposé ci-dessus une méthode pour engendrer, grâce à un générateur spécial auxiliaire, les voltages alternatifs auxiliaires nécessaires,y compris les voltages de commutation. Il va naturellement de soi que d'autres méthodes peuvent être également concevables pour engendrer les voltages, et que l'invention n'est aucunement limitée aux dispositifs décrits et représentés.
En ce qui concerne les voltages alternatifs auxiliaires, ils peuvent être engendrés, par exemple,au moyen d'autres dispositifs que ceux qui provoquent les voltages de commutation. En outre, on
<Desc/Clms Page number 24>
pourra d'ailleurs trouver convenable d'employer d'autres dispo- sitifs distributeurs de voltage que des générateurs rotatifs.
P E S U M E .
En résumé, la présente invention, relative à un dispositif pour la production de courant continu à partir de courant alter- natif bi- ou polyphasé, cu vice-versa, et plus spécialement à par- tir de courant alternatif sinusoïdal, dont les voltages de phase sont rectifiés et composés pour former un voltage continu,est ca- ractérisée par les points suivants :
1 - Un voltage alternatif auxiliaire est superposé à chaque voltage alternatif de phase, sa forme d'ondulation étant telle que le voltage alternatif de phase résultant est pratique- ment égal à zéro aux instants où le voltage de phase, après avoir été transforme, est introduit de nouveau dans le circuit à courant continu.
2 - Le fait que le voltage alternatif auxiliaire a une forme d'ondulation telle que le voltage de phase alternatif ré- sultant est pratiquement nul aux instants où le voltage de phase doit être commuté.
3 - Le fait que le voltage alternatif auxiliaire a une forme d'ondulation telle que le voltage alternatif de phase ré- sultant devient,à vide,en substance, trapézoïdal entre les inter- valles de voltage zéro.
4 - Le fait que le voltage alternatif auxiliaire a une forme telle, quant à son ondulation, qu'il ne produit aucun - ou au plus un insignifiant - effet actif en conjonction avec le cou- rant de phase.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.