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:NOUVEAU PROCEDE DE REGLAGE DES CONVERTISSEURS ET AUTRES APPAREILS ELECTRIQUES à
DECHARGE DANS LES GAZ OU VAPEURS IONISES'-
On sait que l'on peut régler le sens et la grandeur de la %en- sion d'un convertisseur électrique à décharge dans les gaz ou vapeurs ionisés, en agissant sur l'instant d'allumage des diverses anodes que comporte le convertis- seur, cet instant pouvant être varié soit en utilisant les propriétés bien connues des grilles de commanda, soit en amorçant la tache cathodique aux instants conve- nables, soit par tout autre moyen*
Jusqu'à présent, on s'est borné à retarder du marne angle électri- que, l'allumage des diverses anodes,
par rapport à l'instant de la période où celles-ci s'allumeraient naturellement. On sait que si ce retard est maintenu
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constant, le sens et la grandeur de la tension continue aux bornes du aonver- tisseur dépendent de la valeur du dit retard! le convertisseur peut alors per- mettre l'échange d'énergie entre un réseau à courant continu et un réseau à courant alternatif* Si au contraire, le retard à l'allumage des anodes est variable périodiquement, le convertisseur fournit une tension ondulée et cette propriété permet de réaliser le couplage de deux réseaux à courant alternatif de fréquences différentes-
Les convertisseurs réalisés suivant ces dispositions bien con- nues, sont d'un fonctionnement aûr et précis, mais présentent toutefois des inconvénients*
D'une part,
la puissance apparente sur le cOté alternatif du convertisseur, s'il s'agit d'un redresseur ou d'un onduleur, dépend, non pas de la puissance réelle mise en jeu, mais uniquement de l'intensité du courant cOté continu- Il en résulte que le facteur de puissance est sensiblement pro- portionnel au rapport entre la tension continue de fonctionnement et la ten- sion maximunl si'la tension continue doit être réglée dans des limites assez larges, le facteur de puissance est donc considérablement abaissé lorsqu'on s'éloigne de cette valeur maximum, et la cons@mmation d'énergie réactive de- vient énorme. Des phénomènes analogues se produisent dans le cas où il s'agit d'appareils fonctionnant en convertisseurs de fréquence, ou convertisseurs moduleurs.
D'autre part, l'amplitude des harmoniques de la tension redressée croit très vite avec l'étendue du réglage, et de ce fait, les filtres, qui sent fréquemment nécessaires, atteignent souvent des prix très élevés-
Ces deux inconvénients ont beaucoup ralenti le développement des convertisseurs électriques à décharge dans les gaz ou vapeurs ionisés et notamment celui des convertisseurs à vapeur de mercure*
On pourrait réduire ces inconvénients dans une certaine mesure en adoptant un premier réglage par paliers, plus ou moins espacés, réalisé en faisant varier le rapport de transformation du transformateur relié aux anodes du convertisseur et en complotant le réglage en agissant, dans les intervalles entre les paliers,
sur l'instant d'allunage des anodes- Ce procédé présente à son tour l'inconvénient d'introduire la complication résultant de la nécessite d'utiliser un transformateur à rapport variable*
La présente invention a pour objet un nouveau procédé qui permet
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d'améliorer dans une mesure beaucoup plus grande le facteur de puissance et la forme des tensions et courants des convertisseurs et autres appareils électri- ques à décharge dans las gaz et vapeur ionisés, sans rendre nécessaire la mise en oeuvre de transformateurs à rapport variable-
Ce nouveau procédé est essentiellement caractérisé, en ce que les divers organes qui constituant le convertisseur, ou autre appareil en cause,
étant disposés de telle sorte que plusieurs anodes puissant âtre obligée@ de débiter simultanément et plusieurs relations possibles existant entre les phases des tensions alternatives d'anodes dont le débit simultané est possible, on pro- voque, suivant le réglage à réaliser, le fonctionnement du convertisseur, ou autre appareil, suivant l'une ou l'autre de ces relations de phases et le passa- ge à des instants appropriés ,du fonctionnement suivant l'une de ces relations de phases, au fonctionnement suivant une autre de ces relations, ceci pouvant être obtenu par tout moyen approprié, mais de préférence, suivant l'Invention, par une commanda convenable de l'allumage des anodes (grilles de commande, amor.. qage de la tache cathodique eut instants convenables, etc...
)
On sait que lorsque plusieurs anodes d'un marne ou de plusieurs convertisseurs ou autres appareils à décharge dans les gaz ou vapeurs innisés, sont couplées entre elles par l'intermédiaire de bobiaes d'absorption, trans- formateurs d'entrephases, diviseurs de courant, etc-*-, la tension continue aux bornes de l'ensemble est à tout instant la même que si toutes les anodes ainsi couplées, qui débitent simultanément, étaient alimentées par une même source dont la tension Instantanée serait égale à la moyenne arithmétique des valeurs des tensions appliquées aux dites anodes, que ces tensions soient en phase ou non* Si l'on modifie la relation existant entre les phases des sources de ten- sion alimentant les anodes qui débitent simultanément,
tout se passe comme si l'on modifiait la valeur d'une source de tension fictive commune qui alimente- rait en parallèle toutes les anodes qui débitent simultanément; les différentes relations de phases permettront donc de réaliser respectivement différents pa- liera de réglage conformément à l'invention*
Un appareil redresseur, onduleur, moduleur, etc.*** auquel on applique ce procédé de réglage, pourra fonctionner avec un facteur de déphasage théorique égal à l'unité (en négligeant les pertes réactives dues aux transfor- mateurs) pour un certain nombre Valeurs de la tension redressée, ondulée, modu-
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lée, etc---,
valeurs correspondant aux relations de phases pour lesquelles les conditions nécessaires à la commutation entre anodes sont réalisées aux instant convenables-
Pour que la commutation entre anodes soit possible, on sait qu'i est nécessaire que le potentiel de l'anode qui doit s'allumer par rapport à la cathode, soit au moins égal au potentiel anode-cathode de ltanode qui doit s'é- teindre-
Pour certaines relations de phases entre les anodes fonctionnant simultanément, ces conditions de commutation peuvent être réalisées aux instant où.
se coupent les courbes de tension résultantes, définies par les relations de phases considérées, correspondant respectivement aux anodes qui débitent avnt et après les commutations entre anodes- Le facteur de déphasage théorique sera alors égal à l'unité, si l'on permet la commutation entre anodes à l'instant qui vient d'être considéré, et la valeur de la tension du convertisseur ou autr appareil sera proportionnelle à la somme géométrique des vecteurs des tensions appliquées aux anodes fonctionnant simultanément-
Pour d'autres relations de phases des tensions.appliquées aux anodes fonctionnant simultanément, il pourra arriver que la commutation entre anodes ne soit possible que postérieurement à l'instant précédemment défini- Pour ces relations de phases,
le facteur de déphasage théorique sera inférieur à l'unité; il sera toutefois supérieur à celui qui serait obtenu en retardant simplement, à la manière connue, l'instant d'allumage des anodes, de la valeur de l'angle électrique nécessaire pour obtenir la marne valeur de la tension du convertisseur ou autre appareil en cause,
Dans les explications précédentes, on a supposé que les anodes fonctionnant simultanément étaient montées en parallèle, mais l'invention s'ap- plique bien entendu aux montages série et série-parallèle*
Dans le cas où les anodes fonctionnant simultanément sont montée en série, la tension aux bornes du convertisseur ou autre appareil est, à chaqu instant, égale (aux chutes de tension près)
à la somme arithmétique des tension appliquées aux diverses anodes, et comme dans les cas précédents, il existera un certain nombre de relations possibles entre les phases des tensions appli- quées aux anodes fonctionnant simultanément, pour lesquelles, les conditions de commutation étant réalisées aux instants convenables, le facteur de déphasag
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théorique sera égal à l'unité, les tensions obtenues étant dans ce cas pro- portionnelles (aux chutes de tension près) à la somme géométrique des vecteurs de tension correspondant à chaque relation de phases considérée*
Pour toutes les tensions du convertisseur ou autre appareil ob- tenues en réalisant, par des relations de phases convenables antre les sources de tension alimentant les anodes travaillant simultanément,
un facteur de dé- phasage égal à l'unité, il est bien évident que le taux d'ondulation est le marne que pour la tension maximum, et par suite est beaucoup plus faible que si le réglage avait été réalisé simplement suivant le procédé connu, rappelé précédemment, de retard à l'allumage des anodes* Il y a donc aussi, grâce au procédé objet de l'invention, amélioration de la tonne des tensions et cou- rants des appareils auxquels ce procédé est appliqué.
Le nombre des relations de phases pouvant être obtenu étant limi- té, le réglage ainsi réalisé directement sera, comme on l'a dit, un réglage par paliers- Pour obtenir un réglage progressif et réaliser les valeurs in- termédiaires entre ces paliers, on pourra utiliser tout moyen de réglage eau- venable; mais en particulier, et ces moyens particuliers devront être consi- dérés comme faisant en eux-mêmes partie de l'invention, on pourra utiliser le moyen consistant à faire varier l'instant d'allumage des anodes, ou le moyen consistant à faire alterner, lorsque ce sera possible, à une cadence convena- ble, des fonctionnements correspondant à plusieurs relations de phases diffé- rentes entre les sources de tension alimentant les anodes qui débitent simul- tanément.
Il est bien certain que 1'emploi du premier de ces moyens par- ticuliers de réglage intermédiaire, aura pour effet de réduire, entre les paliers, la valeur du facteur de déphasage théorique* Mais comme ce réglage n'aura lieu qu'entre deux valeurs assez rapprochées de la tension du conver..
tisseur ou autre appareil, valeurs pour lesquelles le facteur de déphasage théorique est égal à ltunité ou voisin de cette valeur, on réalisera, marne pour les valeurs intermédiaires, une amélioration de ce facteur de déphasage- En effet, celui-ci est égal au rapport de la tension de fonctionnement ou tension intermédiaire, à la tension maximum, et celle-ci est seulement ici la tension la plus grande obtenue par le couplage d'anodes du palier considé- ré, ou qui serait obtenue en supposant que la commutation des anodes fonction-
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-nant successivement soit possible aux instants qui correspondraient à l'imita pour le facteur de déphasage théorique- On obtiendra d'ailleurs des résultats encore meilleurs,
en faisant usage du deuxième des moyens particuliers cités, c'est-à-dire en faisant alterner, à une cadence convenable, lorsque ce sera possible, le fonctionnement du convertisseur ou autre appareil, suivant diverse relations de phases entre les sources alimentant les anodes fonctionnant simul- tanément.
On aura en général intérêt, pour réaliser une tension de fonctionne- ment déterminés, comprise entre deux tensions que 1'on obtiendrait respective- ment avec deux relations de phases différentes, à faire alterner le fonction- nement du convertisseur, ou autre appareil, suivant l'une et l'autre de ce* relations de phase*
Il y aura aussi intérêt, en vue d'améliorer le taux d'ondulation de la tension, à faire alterner le fonctionnement suivant les diverses rela- tions de phases, en général deux, à une cadence aussi rapide que possible, c'est-à-dire pratiquement à la fréquence de la conmutation entre anodes*
Enfin on remarquera que pour certains des réglages intermédiaires on pourra obtenir un facteur de déphasage théorique égal à l'unité,
en choisis- sant convenablement une fréquence d'alternances du fonctionnement sur les rela- tions de phases limites, en général en choisissant une fréquence plus faible que celle nécessitée par la recherche du taux d'ondulation le plus faible; le choix de cette fréquence sara fait d'après les cas d'application*
Dans tous les cas, il y aura avantage à s'arranger, et cela pourra titre obtenu facilement, pour que la charge moyenne des diverses anodes soit la même pour toutes les tensions de fonctionnement*
On décrira maintenant, à titre non limitatif, quelques exemples d'application de l'invention, en se reportant aux figures schématiques ci- jointes! les dispositions particulières que l'on décrira à propos de ces exem- ples devtont titre considérées comme faisant, en elles-mêmes,
partie de l'inven- tion, étant bien entendu que l'on pourra les remplacer par toutes dispositions équivalentes sans pour cela sortir du cadre de celle-ci*
La Figereprésente un exemple d'application de l'invention au réglage d'un convertisseur à vapeur de mercure à douze anodes-
Le réseau à courant alternatif 1 et le réseau à courant continu 2 sont couplés par l'intermédiaire d'un transformateur 3 muni d'un enroulement
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primaire 4 connecté au réseau 1 et de deux enroulements secondaires haxaphasés
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identiques 5 et 15 comportant respectiveneut six enroulements de phase Ba - 5b 50 bc - 541- 8f et lba - 15b 150 - 15d - 156 - 15 énumérés dans l'ordre cor- respondant au sens de rotation des phases, respectivement connectés aux anodes 6a - 6b - 60 - z 6 w 6i,
16 - 16b - 160 - 16d - 16a - li d'un redres- Beur à vapeur de mercure 10, muni d'une cathode 11 et de grilles de contrôle ou de commande telles que 12, disposées en avant des anodes, et dont les con- nexions à leur circuit d'alimentation ne sont pas représentées; l'alimentation variable de ces grilles, suivant les règles qui seront ci-après indiquées et conformes à l'invention, pourra être réalisée suivant tous moyens appropriés.
Les points neutres 7 et 17, des deux secondaires 5 et 15, sont couplés entre
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eux par l'intatmédiaire d'une bobine d'absorption, ou bobine dt entrephase, 8, dont le point milieu 13 est connecté à l'un des pôles du réseau 2, l'autre pôle de celui-ci étant connecté à la cathode 11.
Le convertisseur constitué par le transformateur 3 et le redresseur 10 se trouve être décomposé, suivant l'invention, en deux groupes élémentaires fonctionnant simultanément, compor-
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tant pour l'un, le secondaire 5 et les anodes 6a, 6b, 6p 6da 6e$ 6 , pour l'autre le secondaire 15 et les anodes 16a, 16b, 169, 16d, 169, 16f' Les diagrammes représentés Figoz aideront à comprendre le fonc- tionnement'
Sur la Figea, les courbes a, b, c, d, a, f représentent respec- tivement, en fonction du temps porté sur la ligne des abscisses , les ondes de tension induites respectivement dans les enroulements secondaires
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5a, 16 - 6b, 15b " 60, 18o - bd# 15a - bot 156 - 5g, 161'.
Si les tensions de commande appliquées aux grilles de contrôle,
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telles que 12, sont telles que chaque anode peut shallutnar et débiter dès que son potentiel devient égal ou supérieur à celui des anodes débitant pré- cédemment, les anodes 6a et 16a par exemple, qui s'étaient allumées au temps tl, s'éteignent au temps t2 (en supposant nulles les fuites du transformateur 3), où les anodes 6b et 16b s'alignant* Le diagramme de la tension redressée
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est représenté par la courbe brisée supérieure 8, B C D E F La tension redsessée est alors maximum, et le facteur de déphasage théorique est égal à l'unité* Chaque anode débite, pendant un sixième de période, un courant
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liq.mail-id A77 nn,"o't"l+ no #<--.- ¯¯¯¯ ¯¯ -......-
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Si l'on interdit, par l'action des grilles de contrôla, l'aile mage des anodes 16a, 16c, 16e .d'une part et 6b, 6d, 6f, d'autre part et que l'allumage des autres anodes soit permis dès que leur potentiel devient égal ou supérieur à celui de la cathode (la manoeuvre inverse donnerait les marnes résultats), le fonctionnement sera le marne que le fonctionnement bien connu d'un redresseur hexaphasé avec bobine d'absorption, c'est-à-dire que l'anode 16b s'allume au temps t3 et s'éteint au temps t4, où l'anode 16d s'alluma à son tour,
l'anode 60 s'allumant au temps t5 où l'anode 6a s'éteint* Pendant le débit simultané de deux anodes, 6a et 16b par exemple, leur potentiel par rapport au point milieu 13 de la bobine d'absorption 8, est égal à chaque ins. tant à la moyenne des tensions induites dans les enroulements 5a et 15b aux- quel@s les anodes correspondantes sont connectées, la différence entre ces deux tensions étant absorbée dans la bobine 8. Les courbes fa, ab, @c, od, de et ef représentent respectivement les valeurs de la tension moyenne- entre les tensions induites dans les enroulements de phase Sa et 15b (ou 15a et 5b), 15b et 5c ( ou 5b et 15c), 5c et 15d (ou 15c et Sa.)* etc....
La tension redressée est alors représentée par la courbe prisée A1AB2BC1CD1DE1EF1FG1G... Le rapport entre la valeur de ,la tension redressée ainsi obtenue et la valeur de la tension redressée maximum Em est égal à , et le facteur de déphasage théorique est encore égal à l'unité*
2
Le courant redressé est encore pratagé entre deux anodes débi- tant simultanément* La valeur maximum du courant instantané d'anode n'est pas augmentée- Par contre, six anodes seulement débitent, chacune pendant un tiers de période, les six autres restant inactives- On peut éviter les augmenta- tions du dimensionnement des anodes et du transformateur et conserver la plei- ne utilisation du redresseur, en permutant de temps à autre les anodes en fonctionnement avec les anodes au repos,
c'est-à-dire qu'après avoir débité un instant sur'les anodes 6a - 6c - 6e - 16b - d - 16f, les anodes b-, 6d - 6f 16a - 16c - 16e étant inactives, on libère les anodes 6b - 6d - 6f - 16a, 16c - 16e et bloque les anodes 6a - 6c - 6e - 16b - 16d - 16f qui sont à leur tour inactives, et ainsi de suite- Si ces permutation@ sont faites (par on- ple automatiquement) à Intervalles de temps *égaux et relativement courts par rapport à la constante de temps thermique des anodes, la charge moyenne) des anodes est la marne que dans le cas du fonctionnement à tension maximal
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et l'utilisation du redresseur n'est pas diminuée.
Bans la fonctionnement qui vient d'être étudié, on laisse débiter simultanément deux anodes alimentées par des tensions déphasées de soixante degrés électriques- Une nouvelle valeur de la tension peut être obtenue en laissant débiter seulement deux anodes alimentées par des tensions déphasées de cent vingt degrés électriques- Si par exemple dans l'intervalle de teutps compris entre tb et t7, les anodes 6b et 16d débitent simultanément, les au- tres anodes étant bloquées par leurs grilles de contrôle, le potentiel de ces deux anodes par rapport au point 13 est représenté par la courbe b d, moyenne des deux courbes de tension b et d.
Si au temps t7, un peu antérieur au tomps t8 où les courbes de tension c et d se coupent, on libère l'anode 16c, celle- ci éteindra l'anode 16d, qui est moins positive qu'elle et prendra sa charge; le potentiel commun des anodes 6b et 16c suit la courbe b c à partir du point c4. Si au temps t8, l'anode 6e est libérée, elle s'allume et prend la charge de l'anode 6b qui devient moins positive qu'elle, Le passage du courant est alors assuré par les deux anodes 16cet 6e, dont la tension commune par rap- port au point 13, est représentés par la courbe o e.
Le diagramme de la tension redressée est alors figuré par la courbe brisée D3 C5 C4 E3 D5 F3 E5 E4 A3 ...
Si l'on supposait nulles les fuites du transfocaateur 3, les commutations seraient instantanées* Les temps tels que t7 et t8 par exemple, pourraient être extrêmement voisins, et les points tels que C5 et E3 seraient pratiquement confondus- Le facteur de déphasage serait encore égal à l'unité pour une tension redressée égale à la moitié de la tension maximum*
Comme dans le cas précédent, il y aura intérêt à permuter, à intervalles suffisamment rapprochés, les groupes d'anodes actives et inactives afin de conserver une bonne utilisation du redresseur et du transformateur*
Si l'on désire obtenir une tension intermédiaire comprise entre la tension maximun, de valeur Em et la tension de valeur Em #3,
on peut
2 se contenter de retarder, ainsi qu'il est déjà connu, les instants d'allumages simultanés des anodes 6a et 16a, 6b et 16b, ........; le diagramme de la ten- sion redressée est alors représenté par la courbe brise A6 A7 B B6 B7 0 C6 C7 D ..... La tension redressée et le facteur de déphasage variant alors comme le cosinus de l'angle de retard à l'allumage.
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Sur la Fige$, la droite KZ1 représente la variation du. facteu de déphasage théorique en fonction du rapport entre la tension de fonction: ment et la tension maximum Em, ce rapport étant porté en abscisses*
De même, on pourra obtenir des tensions inférieures à la valen Em #3/2, en retardant l'allumage des anodes dans le deuxième mode de for tionnement qui a été décrit* Le diagramme de la tension redressée est alors représenté par la courbe brisée Ag B1 B8 B9 C1 C8 Cg D1 D8 Dg E1 ......
Sur la Fig.3, la droite KZ2 représente, pour cette marche, la variation du fac- tour de déphasage en fonction de la tension redressée*
On ne peut appliquer le marne principe de régulation par retard l'allumage, pour abaisser la tension de marche correspondant au troisième mode de fonctionnement qui -a été décrit* On remarquera en effet, que pour q2 le diagramme de la tension redressée puisse passer de la courbe bd à la coui be ce, il est indispensable que la commutation entre les anodes 16c et 16d soit faite avant le temps t8.
Au delà du temps t8, la tension de l'anode 16 devient inférieure à celle de l'anode 16d, et le passage de la charge de l'a node 16d vers l'anode 16c n'est plus possible* On exposera par la suite comment il est possible d'ajuster la tension redressée à des valeurs inférien res à la moitié de la tension maximum*
Avec le mode de régulation qui vient d'être décrit, le facteur de déphasage théorique est représenté, en fonction de tension redressée, Fige par la ligne brisée Z1 P1 Z2 P2 Z3. On voit qu'il est toujours égal ou supé- rieur au facteur de déphasage, représenté par la droite KZ1, qui serait obte- nu en réglant la tension par simple retard à l'allumage des anodes.
On peut obtenir une amélioration substantielle du facteur de dé- phasage en faisant alterner, comme il a été dit plus haut, le fonctionnement du convertisseur suivant deux réalisations de phases- Si l'on désire que l'ondulation de la tension redressée soit minimun, on fera alterner les deux fonctionnements à la cadence de commutation des anodes- Si l'on suppose par exemple, qu'au temps tg, les anodes 6e et 16e débitent, jusqu'au temps t10, le diagramme de tension redressée est représenté Fig.2 par l'arc E10 F.
Au temps t10, seule l'anode 6f par exemple est libérée, l'anode 16f étant bloquée par sa grille de commandât l'anode 6f prend la charge de l'anode 6e, les deux anodes 16e et 6f débitent simultanément, et la diagramme de tension redressée
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suit la courbe e f. Si au tanps tll l'anode 16f est libérée, elle s'allume et éteint l'anode 16e, et le diagramme de tension redressée suit la courbe f.
On voit qu'il est possible d'obtenir un diagramme de tension représenté par
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la courbe brisée Elo F FU F14 G AU .(.10 Lorsque les in%ekvallee de temps tels que t10 - tl1 augmentent, tout en restant inférieurs à un douzième de période (tjo - tlp.), la tension redressée et le facteur de déphasage sta- baissent simultanément, mais le facteur de déphasage diminue moins vite que la tension redressée* Sur la Fig.3, la courbe Z1 M1 montre la variation du facteur de déphasage théorique en fonction de la tension redressée.
Lorsque le temps t11 se confond avec la temps t12, la tension redressée est égale à
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Ba -2 t V 3 , et le facteur de déphasage théorique passe par un minimun dont la valeur est voisine de 0,965'
On obtiendra des valeurs de tension redressée comprises entre
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Em 2 + 3 et i-6 , en faisant travailler le convertisseur suivant le 4 diagramme de tension redressée E Fi 31& Eig F G1 F1 Piz G .....
A cet effet, par exemple, le débit simultané des anodes 16e et 6f sera maintenu jusqu'au temps t12 (courbe e f) - Au temps 12, l'anode 16a
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est libérée et prondia charge de l'anode 16e (courbe f 8) . Au temps t15' l'anode 16f est libérée, et prend la charge de l'anode 16a, qui s'éteint (cour -be f), le même phénomène se reproduisant à chaque sixième de périodes*
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Lorsque l'intervalle de temps t12 .. t,5 augmente, la tension re- dressée s'abaisse et le facteur de déphasage s'améliore.
A la limite, lorsque
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l'intervalle de temps t12 .. t13 est égal à un douzième de période, on retrouve le deuxième fonctionnement étudié, la tension redressée est égale à Em #3/2
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et le facteur de déphasage est égal à l'unité* Sur la rig-5, le segment bil Zg montre la variation du facteur de déphasage tiécrtquae Tour les tensions légèrement inférieures à Em #3, il est né-
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cessaire d'abaisser la tension par retard à l'allumage (diagramme Ag Bl B8 Bo 01 Ce ), pour les tensions comprises entre la tension de valeur Ji\n 1/3 et la tension de valeur in r 3 x 23 = A- (retard à l'allumage de trente degrés électriques)- Le facteur de déphasage est représenté fig.3 par le segment de droite Z2 M2.
Les tensions inférieures, comprises entre les va-
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leurs de tension redressée respectivement égales à s 1i!n et 1/2 :E;n, peuvent
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que pour obtenir le passage du débit simultané des anodes 6b et 16d (courbe b d) au débit simultané des anodes 16c et 6e (courbe ce), il est nécessaire de passer par le débit simultané des anodes 6b et 160 (courbe b c). On obtient c une valeur de tension comprise entre les valeurs 3 Em et 1@/2m en passant du 4 2 débit des anodes 6b et 16d, au débit des anodes 6b et 16a, non plus à un temps
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t7 aussi voisin que possible du temps t8o mais à un temps t,4 notablement antérieure On peut ainsi obtenir le diagmer-a de tension redressée Da C14 Crla .5 DU Dl6 P5 ....
Sur la pig 3, le segment M27e montre la variation du face- teur de déphasage théorique en fonction de la tension redressée, le facteur de déphasage revenant progressivement de la valeur minimun de #3 pour la ten-
2 sion redressée 3 Em, à l'unité pour la tension 1 Em. Il suffit, ayantprovo- que au temps t15 la commutation entre les anodes 16 et 16f, de ne/permettra
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au temps t 16 l'allumage de l'anode 6b' Le diagramme de tension suit alors la courbe ef jousqu'au point 816, correspondant au temps tiq où ltallugge de l'anode 6b est seulement permis* Le diagramme de tension suit alors la courbe brisée 75 4 % B16 317 A5 A4 C16 17 " La facteur de déphasage et la tension redieesée diminuent simultanément.
SUr laFig3, la courbe :K 3 Z3 montre l'allure de la variation du facteur de déphasage*
Il existe encore une quatrième relation de phase possible, qui correspond à un facteur de déphasage théorique unité, et à une tension redres- sée théoriquement nulle- Il suffirait à cet effet de laisser débiter en per- manence deux anodes alimentées par des tensions en opposition de phase, par exemple les anodes 6c et 16f (la consommation de puissance réactive serait alors nulle)- Il est facile de se rendre compte qu'il est possible d'obtenir aussi des tensions non nulles*
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les anodes 6c et 16f débitant simultanément, et la for0e-éleatro- motrice redressée Instantanée étant nulle, on peut par exemple, au temps t18, libérer l'anode 16d qui prend la charge de l'anode 16f.
Le diagramme de 'tell-
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sion redressée suivra alors l'arc D,8 Elg de la courbe 0 d Au temps t19 (dont le point représentatif sur l'axe des temps se confond avec le point A19, d'or- donnée nulle), l'anode 6a est libérée, et Comme la tension qui lui est appli-
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quée devient égale, à cet instant, à celle de l'anode 60* l'anode 6. a'all'#18 et éteint l'anode c. Les anodes 6a et 6d alimentées par des tensions en oppo- sition de phase, débitent simultanément, et la tension redressée instantanée
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est nulle.
Ou peut ainsi obtenir le diagramme de tension redressée représenté
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par la ligne brisée CÉO Cie Fl9 D20 D18 A19 E19 %8 ...., le point Dao' d'or- donnée nulle, se confondant sur l'axe des temps avec le -point représentatif du
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temps tle, Comme dans les cas précédents, les permutations soi-ontl faites de manière à charger également toutes les anodes-
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Sur la b'ig3, la courbe M4M3 montre l'allure de la variation du facteur de déphasage*
Le facteur de déphasage théorique est donc donné pour les %en- sions redressées comprises entre zéro et la tension maximum Em, par la courbe
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brisée M4 % 7e Ma 7. Ml zi Avec le procédé de réglage consistant simplement à faire varier l'instant d'allumage des anodes, le facteur de déphasage serait donné par la droite KZ1.
On voit que l'application de l'invention procure une grosse diminution de la puissance réactive consommée*
Si l'on peut admettre une légère majoration du taux d'ondulation de la tension, on peut encore améliorer le facteur de déphasage* Par exemple,
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une tension redressée de valeur + 3 16 peut être obtenue avec un fana- teur de déphasage égal à l'unité, en imposant le fonctionnement suivant le diagramme de tension redressée représenté par A Aq B 01 C 07 D El E 310 "*' Les explications données précédemment permettent facilement de prévoir à chaque instant quelles sont les anodes dont l'allumage doit être interdit* De marne,
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des tensions comprises entre les valeurs V 3, E et 1 Bm peuvent être atté-
2 nues avec un facteur de déphasage unité,
en assurant le fonctionnement suivant des diagrammes de tension redressée analogues à celui qui est représenté par la
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courbe brisée D3 Du &3 G 3".
Les descriptions qui précédant ont trait au fonctionnement en redresseur, mais il est bien évident que le convertisseur représenté Fige, peut
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aussi bien fonctionner en onduleur- La courbe brisée 1L 4 P Q & S T iT ïi X 'Y Z de la Fig.2 représente le diagramme de fonctionnement correspondant à une ten-
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sion continue d'alimentation comprise entre les valeurs Jitn et 2 + V 3 F,
Les explications données plus haut à propos du fonctionnement en redresseur permettent facilement à tout homme du métier de comprendre le fonctionnement en onduleur*
La Fig.4 représente une autre réalisation de l'invention où les groupes élémentaires sont montés en série- Les secondaires 5 et 15 du transfor-
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-mateur 3 alimentent respectivement les anodes 106R - 106b - 1060 - 106d - 1066 - 106f et 116a- 116b - 1160 - 116d - 116e - 116 de deux redresseurs à vapeur de mercure 110 et 120, le secondaire 5 et le redresseur 110 constituant l'un des groupes élémentaires, le secondaire 16 et le redresseur 120 constituant un autre groupe élémentaire* Les deux groupes sont montés en série,
le point neutre 117 du secondaire 15 étant connecté à la cathode 111 du redresseur 110, le point neutre 107 du secondaire 5 et la cathode 121 du redresseur 120 étant respectivement connectés à l'un et l'autre pales du réseau 2-
Toutes les explications données à propos du fonctionnement du montage représenté Fig.1 s'appliquent au fonctionnement du montage représenté
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Figait, en tenant compte de ce que la tension redressée instantanée aux bonze extrtmes du convertisseur est égale à la somme des deux tensions induites dans les enroulements de phase connectés aux deux anodes qui débitent simultanément,,
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au lieu d'être égale à leur moyenne* De marne, les diagraasnes de la rig-,t ter- veait aussi bien à expliquer le fonctionnement du montage représenté Fig4,
'en supposant que les courbes a- b - e - d - a - f représentent, non plus les ten- sions communes induites respectivement dans les enroulement* des phases 5a, 15a
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5b, 15b - 50, 15o - 5d ,15d - 59, 150 - 5f, 15g, mais le double de ces tensions aomnuaes.
Les courbes de la FigeZ représentent également l'allure de la varia- tion du facteur de déphasage théorique, en fonction de la valeur de la tension redressée-
La Fig.5 représente un autre exemple d'application de l'inTen- tion à un redresseur à douze anodes, cet exemple étant particulièrement adapté à l'obtention de courant d'intensité élevée, en ce sens que le courant de char- ge se partage également entre quatre anodes débitant simultanément-
Dans la Fig.5, le primaire 204 du transformateur 203 est connec-
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té Comme précédement au réseau 1.
Les deux secondaires hexaptiasés 205 et 215 sont respectivement décomposés en deux étoiles triphasées, 205x et 205y d'une part, et 215x et 215.v d'autre part* Les points neutres 20'7 et 207y des étoiles ?05 et 205y sont connectés entre eux par 1'intermédiaire d'une bobine d'absorption 209. De marne les points neutres 217x et 217y des étoiles 215Y et 215yp sont connectés entre eux par l'intermédiaire de la bobine d'absorption 219.
Les points milieu 214 et 22@ des bobines 209 et 219 sont connectés entre eux par une troisième bobine
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d'absorption 208, dont la point milieu 213 est connecté à l'un des pales du réseau 2, l'autre pôle étant connecté à la cathode 211 du redresseur à douze anodes 210-
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Les enroulements de phase gobe,$ ZObbs 2050, 205d, 205et 205f d'une part et Zlba, 15b, 2150, 215d, 9150, 215g d'autre part, énumérés dans l'ordre correspondant au sens de rotation des phases, sont respectivement con- nectés aux anodes 206a, 906b, 206a, 206d, 206e, 206f et 8160, 216b, 2160, 216d, 216a, 816' Comme précédemment, les connexions des grilles de contrôle telles que 212 n'ont pas été représentées'j
Le convertisseur représenté Fig.5, est décomposé en quatre groupes élémentaires, fonctionnant en parallèle,
constitués chacun par les en- roulements de l'une des étoiles triphasées et les anodes correspondantes, par
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exanpie par l'étoile 205x et les anodes 206a, 206d et 806g' C01Dlte précédemment on supposera que le transformateur 203 n'a pas d'inductances de fuites et que la commutation entre anodes est instantanée-
Il est facile de se rendre compte, qu'à chaque instant, quatre anodes, correspondant chacune à un groupe élémentaire, débitent simultanément et qu'il existe encore quatre relations de phases possibles.
Sur la Fig-6, les courbes a à f représentant les forces électro-
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motrices induites dans les enroulements 205a ou &15, "* 305g ou 215f' que l'on supposera identiques aux enroulements 5a ou 15, ......., 5 ou l5f
La première relation de phases sera obtenue en laissant débiter naturellement les anodes* Le fonctionnement est alors identique à celui de
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deux redresseurs hexaphasés munis de bobines d'absorption fonctionnant en para- llèle, les anodes òr,., et 216a, par exemple, débitant en marne temps que les anodes 206b et 216b et s'éteignant lors de l'allumage des anodes 206e et 216c.
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Sur la Fig.6, les courbes fa, ab, ....
et ef représentent, comme précédemment, les courbes de tension résultantes, correspondant à la première relation de phases* Le diagramme de la tension redressée maximum est
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représenté par la courbe brisée A60 - B50 - 50 " 1)5o - E60 .. p50 le ;'au- teur de déphasage théorique est égal à l'unité.
La deuxième relation de phases sera obtenue en le laissant
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débiter simultanément, par exemple, que les anodes 206 - 206a - 216a - al6b, puis les anodes 216a - 216b - 206b - 2060 - et ainsi de suite* Sur la Fig.6,
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les courbes f a a b, a b b o, ......, e f f a, re-présentent les courbes de tension résultantes correspondant à la deuxième relation de phases- Il est e se rendre compte que cette deuxième relation ne peut pas corres- pondre à une marche à facteur de déphasage unité* Le passage par exemple du débit simultané des anodes 206f - 206a - 216a - 216b, au débit simultané des anodes 216a - 216b - 206b - 206c, ne peut se faire au temps t50 correspondant au point de croisement des courbes f aa b et a bb c,
car le courant débité par l'anode 206a ne saurait 'être transféré sur l'anode 2060 tant que la ten- sion induite dans l'enroulement 205c n'est pas au moins égale à la tension induite dans l'enroulement 205a, c'est-à-dire avant le temps t51 correspon- dant au point de croisement des courbes a et c. Il.en résulte que la deuxiè- me relation de phases ne peut permettre d'obtenir une tension redressée su- périeure à celle qui est représentée Fig.6 par le diagranme A50 - B51- B50- C51 - C50 - D51 - D50 - E51 ......
Il est facile de se rendre compte que'la valeur de la tension redressée ainsi obtenue est égale aux trois quarts'de la tension maximum (abstraction faite des chutes de tension) et que le fac- teur de déphasage théorique est égal à #3, sensiblement supérieur à la
2 valeur de 0,75 qui serait imposée si la diminution de tension était obtenue par simple retard à l'allumage des anodes*
Une troisième relation de phases sera obtenue en ne laissant débiter simultanément que quatre anodes alimentées respectivement par quatre enroulements donnant des tensions de phase consécutives, par exemple les anodes 206b - 2160 - 216d - 206e, puis les anodes 2160 - 216d - 206a - 206f.
Sur la Fig*6, les courbes e f a b, f a b a, a b a d, eto---, représentent les tensions résultantes correspondante à la troisième relation de phases-
Cette troisième relation de phases permet la marche avec un facteur de déphasage théorique égal à l'unité. En effet, le passage du débit simultané par exemple des anodes 206b - 216c - 216d - 206e, au débit simul- tané des anode.. 8160 - 216d - 206e - 206f, nécessite la commutation du cou- rant de l'anode 206b vers l'anode 206f et est possible au temps t52, corres- pondant au point @51 où se coupent les courbes b c d e et c d e f, car le potentiel de l'anode 206f devient alors égal,
puis supérieur à celui de l'a- node 206b. Le diagramme de tension redressée est alors représenté par la courbe brisée B51 - 051 - D51 - E51 ..... On se rend compte que la tension redressée est alors égale à la moitié de la tension redressée maximum*
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La quatrième relation de phases possible correspand au débit simultané de quatre anodes, deux à deux en opposition de phase, c'est-à-dire à une tension redressée nulle- Avec les trois premières relations de phases, le fonctionnement des diverses anodes était tel qu'elles étaient également chargées-, Avec le quatrième, quatre anodes seulement seraient chargées,
et il est avantageux d'établir des permutations entre les anodes activées et les anodes inactives- Comme dans le cas du premier exemple décrit, des ten- sions redressées intermédiaires peuvent être obtenues en faisant alterner le fonctionnement du convertisseur suivant plusieurs relations de phases- Si par exemple, les anodes 206e - 2168 - 206f - 216f débitant simultanément et qu'au temps t53 ,l'allumage de l'anode 206a soit seul permis, le diagramme de tension redressée suivra la courbe e f f a jusqu'au temps t54, où l'on permettra l'allumage de l'anode 206f, et ainsi de suite* On pourra ainsi obtenir le diagramme de tension redressée donné par la courbe brisée A52 - F53 - 54 - B52 - A53 - A54 - C52 ......,
qui correspond à une tension re- dressée dont la valeur est comprise entre la valeur maximum et les trois quarts de la valeur maximum. Demême, les explications déjà données permet- tent de comprendre qu'un diagramme de tension tel que celui qui est repré- senté par la courbe brisée D51 - C55 -56 - E51 - D55 - D56 -JF51 - E55 - E56 - A51 .... puisse être obtenu et permette d'obtenir des valeurs de ten- sion redressée cogprises entre les trois quarts et la moitié de la valeur maximun.
Contrairement à ce qui se produisait dans le cas du premier exemple décrit, des tensions inférieures à la demi-tension redressée peuvent être obtenues en retardant le passage du débit d'une série d'anodes, au dé- bit de la série suivante* Par exemple, le passage du débit simultané des anodes 206b - 216c, 216d - 206e, au débit simultané des anodes 216c - 216d - 206e - 206f, nécessite simplement le passage du courant de l'anode 206b sur l'anode 206f. Cette commutation est possible à partir du temps t52 et peut être retardée d'un angle électrique quelconque, au plus égal à 180 degrés. l'anode 206f étant plus positive que l'anode 206b dans l'intervalle de temps correspondant, la commutation pourra 'être permise à l'instant désiré.
Ce mode de réglage par retard à la commutation est le seul qui
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entre la moitié et le quart de la tension maximum.
Des tensions inférieures au quart de la tension maximum pour-
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ront être obtenues, soit en augmentant le retard à la comutation, soit en faisant alterner les deux fonctionnements suivant les relations de phases cor- respondant à demi-tension redressée et à tension redressée nulle- Par exemple,
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si les anodes 206b - 2160 - 216d - 206 (courbe b o d a ) débitent simultané- ment, et qu'au temps t55, l'anode 216f soit libérée, cette dernière éteint
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l'anode 216d, et les quatre anodes 206b, 2160, 206e' ,El6f débitent simultané- ment, donnant une tension résultante nulle* Au temps t56, l'anode 206d est li-
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béréel elle éteint l'anode 206b et les anodes 2160, 206d, 206,, 216t débitant simultanément (courbe représentative e d a f}'0n passera, par la suite,
par le fonctionnement simultané des anodes ll60, 206d, 216f, 2Q6a, puis 206d, 216e, 216r, 206a, et ainsi de suite, obtenant ainsi des diagrammes de tension tels que celui représenté par la ligne briséjÉ5, D58 - Dbg - 157 - %Q -' 59, les points F57, D58 et A57 d'ordonnée nulle se confondant sur l'axe des abscisses avec les points représentatifs des temps t55, t56 et t53.
Sur la Fig-7j, la courbe brisée M7 M6 Z6 )i5 Z. montre l'allure de la variation du facteur de déphasage théorique correspondant au montage re-
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présenté Fig-5, en fonction du rapport entre la tension redressée et la ten- sion redressée maximum Em.
Il serait facile de suivre le fonctionnement de ce montage en onduleur, et on constaterait que les courbes représentatives du facteur de déphasage théorique sont encore les mêmes que celles qui sont représentées Fige 7-
Les marnes résultats seraient obtenus en montant les quatre groupes élémentaires qui constituent le convertisseur représenté fig.5, en série, ou en série-parallèle.
Comme précédanment, des tensions intermédiaires pourront aussi être obtenues avec amélioration du facteur de déphasage, en faisant alterner les fonctionnements suivant deux relations de phases différentes, à une fréquence inférieure à la fréquence de commutation naturelle des anodes* La Fig.8 représente très schématiquement l'une des formes d'application de l'invention à un redresseur à dix-huit anodes.
Le transformateur d'alimentation (dont les enroulements pri-
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-maires ne sont pas représentes) comporte trois enroulements secondaires hexa- phasés 305, 315 et 325, respectivement décomposés en étoiles triphasées 305x et 305y, 315x et 315y, 325x et 325y, les points neutres des deux étoiles tri- phasées constituant un des secondaires, étant connectés entre eux par les bo- bines d'absorption monophasées 309,319 et 329. les points milieu de ces bo- bines sont réunis par une bobine d'absorption triphasée 308, dont le point neutre 313 est connecté au pale négatif du réseau a.
Les enroulements de pha- ses alimentent respectivement les dix-huit anodes (non représentées) du re- dresseur 310, dont la oathode 311 est connectée au pela positif du réseau 2, On constate que six anodes débitent simultanément, et que le fonctionnement' avec un facteur de déphasage unité est possible pour les tensions redressées égales à la tension maximum,aux deux tiers de la tension maximum et pour une tension redressée nulle,- D'autres combinaisons de phases sont possibles , qui correspondant à un facteur de déphasage théorique légèrement inférieur à l'unité* En particulier, on vérifierait que, pour les valeurs de la tension redressée comprises entre la valeur maximum et ses deux tiers,
le facteur de déphasage théorique ne s'abaisse jamais de plus de six centièmes au-dessous de l'unité*
La Fig9 représente schématiquement un montage pour lequel deux combinaisons de phases correspondant au débit simultané de deux anodes, et pour lesquelles toutes les anodes débitent pendant le marne tempe dans la durée d'une période, une troisième combinaison de phases correspondant au dé- bit simultané de trois anodes
Le transformateur d'alimentation (dont les enroulements pri- maires ne sont pas représentés) comporte deux secondaires haxaphasés identi- ques, 405 et 415, décomposés chacun en trois groupes 405x, 405y, 405z et 415x, 415y, 415z,
constitués chacun par deux enroulements en opposition de phase- Les enroulements secondaires 405a, ....., 405f et 415a ..... 415f (énumérés dans l'ordre de rotation des phases) sont respectivement connectés aux douze anodes 406a ....... 406f et 16a,.... 416f d'un redresseur à vapeur de mercure 410, muni de grilles de commande (non représentées) et dont la cathode 411 est connectée à l'un des pbles du réseau 2.
Les points milieu des groupes d'enroulements 405x, 415y,
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deux, par l'intermédiaire des enroulements 406xy' 4±Syz et 4±k3zx, respective- ment disposés sur les trois colonnes d'un circuit magnétique triphasé et cons- tituant un transformateur dt entrephase, ou diviseur de o ocrant 4000 Les pointe milieu des trois anraulamants 408y, 408yz et 40Bzx sont connectés entre aux et sont réunis au deuxième pale du réseau 2-,
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Si toutes les grilles de commande pexmettent l'allumage des anodes, deux de telles-elq par exemple les anodes 416f et 406a seront forcées de débiter simultanément des courants égaux, de manière que les ampères-tours de courant continu s'équilibrent dans les deux moitiés de l'enroulement 406xy.
Lors- que l'anode 416a devient plus positive que l'anode 416f, elle a tendance à s'al- luner, mais son courant est limité au courant magnétisant de l'enroulement 408zx et elle ne peut prendre une charge notable que si l'une des anodes correspondant au groupe d'enroulement 405, peut s'allumer à son tour* Par effet d'induction
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dans l'enroulement 408sx' la différence de potentiel entre l'anode 41% l'et la cathode se trouve reportée sur le point milieu du groupe d'écroulement 405x et élève le potentiel des anodes 406b et 406e.
Lorsque le potentiel de l'anode 406b ainsi majoré, atteindra le potentiel des anodes 416f et 406a qui débitent, cette
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anode etallunera à son tour, et pourra se substituer à l'anode 406a' en mtma temps que l'anode 416a se substituera à l'anode 4l6 par suite des forces é1GCt1'l motrices induites dans le tranafozmataur clteatyçhaao 400* Cette commutation sera possible dès que la somme des tensions induites dans les enroulements 415a et .
405b sera égale à la somme des tensions induites dans les enroulements 405f et
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415a, etest-à-dire quand il y aura égalité entre les tensions induites dans les enroulements 415f et 405b.
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Le fonotionnement qui vient d'être décrit correspond à la tension redressée maximum* L'action des grilles de commande permet d'ailleurs de retarder la commutation et de diminuer la valeur de la tension redressée-
On peut obtenir une deuxième relation de phases qui permet un facteur de déphanage égal à l'unité, en ne laissant débiter simultanément que deux anodes, correspondant l'une au secondaire 405 et l'autre au secondaire 415, alimentées par des enroulements dont les tensions sont déphasées d'un tiers de période,
par exemple les anodes 406a et 4160- Les explications données plus haut permettent de comprendre que, si les anodes 406b et 416d saait libérées, to@ tes lesnautres anodes état bloquées, elles prendront la charge et éteindront
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les deux anodes 406a et 4160 lorsque la somme des tensions des enroulements de :
hase 405b et 415d sera égale à la somme des tensions des enroulements 405a et 415c. Comme précédemment, la tension redressée pourra être abaissée en retar- dant la commutation*
Les deux premières combinaisons de phases permettent d'obte- nir avec un facteur de déphasage théorique égal à l'unité, des tensions redres- odes dont les valeurs sont dans la rapport de 1 à #. .
#3
On remarquera que pour les deux fonctionnements qui viennent d'être décrits, chaque anode débite pendant un sixième de période dans la du- rée de chaque période*
Une troisième relation de phases est obtenue en ne laissant libres de débiter que les anodes correspondant à l'un des deux secondaires, par exemple les anodes 406-, ...., 406f.
L'équilibre des ampères-tours de cou- rani continu sur le transformateur d'entrephase 400, ne peut titre obtenu que si trois anodes, correspondant chacune à l'un des groupes 405x, 405y et 405z débitent simultanément* Si la commutation entre anodes n'est pas retardée, la valeur de la tension redressée est égale à la tension maximum correspondant à la première combinaison de phases multipliée par 4/3 #3, et la facteur de déphasage théorique est égal à l'unité.
Comme dans les cas précédemment décrits, il est facile de permuter les fonctionnements suivant deux relations de phases pour obtenir des valeurs de tension intermédiaires.
L'invention est applicable aux convertisseurs moduleurs, ou convertisseurs de fréquence statiques* La Fige 10 montre un exemple de réalisa- tion , oonfonne à l'invention, d'un convertisseur* moduleur assurant la trans- tort d'énergie d'un réseau à courant triphasé vers un réseau 4 courant monopha- sé de fréquence plus basse* Sur la Fig.10, deux convertisseurs 500 et 600, identiques à celui qui est représente Fig.1, sont couplés suivant le montage an huit classique, la cathode, 511 par exemple, de l'un d'eux, étant connectée au point neutre, par exemple 613, de la bobine d'absorption, 608 par exemple, de l'autre convertisseur,
la réseau monophasé 502 étant connecté aux cathodes 511 et 611 des deux convertisseurs* suivent la technique connue, chaque convertisseur fournit
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reproduisant les OO'\11'b.......... f, ab ....... ta .08...... 3 rOPré9al* teaa sur la figea- bee explications donnée. à propos du montag. représmU Mé*1 font facilement comprendra que les combinaisons successives du débit *iud%aÀ né des anodes oonneatéea aux emroulemmtt 505, et 6ie<t 5Q6d et 51500 505d e1 51500 505e et 5154# 5o5f et 5150, 805t et 515*0 5054 et i15 pemettmt d'attt- nir la di8g18lC6 de tension 1.100' -It.oo . 0lpp Dzoo - oo- 1lpp ' 8too ..
Rao .. lp qui reprisente la d8Û-#d. taarnie par la emvutioseur 500e 4'me tension m0nophaoée dont la triqun08 est le tien de la friq1llD88 4' ali- mentation, le convertisseur 600 toumisssmt te la -'ne tXMitrt la ..nx1-
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deati-oadr
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un peut 4gallll1ent obtenir la tension de fréqvmoe melti4 dont une dani-onde est représenté* par la courbe brisée J1QD . 1QO .. CJ.oo ..
:IJ.# .. J'1# . G# - Xloe m Llat Chaque oonrertisseur 500 et 600 pouvant également, coma on l'a expliqués propos de la tige 1. touatioaaer 111 onduleur il est évident que le réseau boa pourra rmvoyer 4. l.f4.nergie sur le réseau 1 lorsqu'il sera nécessaire, et que par suite. suivent me toebnique maintenant bien connue, le convertisseur mocluleur représenté fige 10 pour ""81' #. courant alternatif déphasé par rapport à la %en*i0n du réseau 502, 0'"'''''' dire sera apte à fournir ou à aonsammer de la puissance r6activee Les en%lee d'application qui ont it4 décrits doivent saaesse on l'a dit, tre considérés coma faisant partie iL* 1*invaiticm, mais ne la limitant nullem4nte De nanbreuees nr1an'. ptlUW81' facilement titra réalisées sans sortir du cadre de l'inv81UII1- la particulier.
il pourra tiire fait usage des valves monoanodiqneoe, les 8I11'Oul8I1ctl secondaires des trsnsfomateurs pouvant aussi bien ttre connectés au P0l1gon8 qu'm 'teU...
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: NEW PROCESS FOR ADJUSTING CONVERTERS AND OTHER ELECTRICAL DEVICES
RELEASE IN IONIZED GASES OR VAPORS'-
It is known that it is possible to adjust the direction and the magnitude of the% en- sion of an electric converter with discharge in ionized gases or vapors, by acting on the instant of ignition of the various anodes which the converter comprises. sor, this instant can be varied either by using the well-known properties of the command grids, or by starting the cathode spot at the suitable instants, or by any other means *
Until now, we have limited ourselves to delaying the electrical angle of the marl, the ignition of the various anodes,
compared to the instant of the period when they would naturally light up. We know that if this delay is maintained
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constant, the direction and the magnitude of the direct voltage at the terminals of the inverter depend on the value of said delay! the converter can then allow the exchange of energy between a direct current network and an alternating current network * If, on the contrary, the delay in ignition of the anodes is periodically variable, the converter supplies a rippled voltage and this property allows to realize the coupling of two AC networks of different frequencies -
Converters made according to these well-known provisions are reliable and precise in operation, but nevertheless have drawbacks *
Firstly,
the apparent power on the AC side of the converter, if it is a rectifier or an inverter, depends not on the actual power brought into play, but only on the intensity of the DC side current. As a result, the power factor is substantially proportional to the ratio of the operating DC voltage to the maximum voltage if the DC voltage is to be set within wide enough limits, therefore the power factor is considerably lowered when we move away from this maximum value, and the consumption of reactive energy becomes enormous. Similar phenomena occur in the case of devices operating as frequency converters, or modulator converters.
On the other hand, the amplitude of the harmonics of the rectified voltage increases very quickly with the extent of the adjustment, and therefore the filters, which are frequently needed, often reach very high prices.
These two drawbacks have greatly slowed down the development of electric discharge converters in ionized gases or vapors, and in particular that of mercury vapor converters *
These drawbacks could be reduced to a certain extent by adopting a first adjustment in stages, more or less spaced apart, carried out by varying the transformation ratio of the transformer connected to the anodes of the converter and by plotting the adjustment by acting, in the intervals between them. bearings,
on the instant of alluning of the anodes - This method in turn has the drawback of introducing the complication resulting from the need to use a variable ratio transformer *
The present invention relates to a new process which allows
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to improve to a much greater extent the power factor and the form of the voltages and currents of converters and other electrical discharge devices in ionized gas and vapor, without necessitating the use of variable ratio transformers.
This new process is essentially characterized, in that the various organs which constitute the converter, or other device in question,
being arranged so that several powerful anodes forced to deliver simultaneously and several possible relations existing between the phases of the alternating voltages of anodes of which the simultaneous flow is possible, one causes, according to the adjustment to be carried out, the operation of the converter, or other device, according to one or other of these phase relations and the change at appropriate times from operation according to one of these phase relations to operation according to another of these relations, this can be obtained by any suitable means, but preferably, according to the invention, by a suitable command of the ignition of the anodes (control grids, priming .. qage of the cathode spot at suitable times, etc ...
)
We know that when several anodes of a marl or of several converters or other discharge devices in innate gases or vapors, are coupled together by means of absorption coils, interphase transformers, current dividers , etc - * -, the DC voltage at the terminals of the assembly is at all times the same as if all the anodes thus coupled, which output simultaneously, were supplied by the same source whose Instantaneous voltage would be equal to the arithmetic mean of the values of the voltages applied to said anodes, whether these voltages are in phase or not * If the relationship existing between the phases of the voltage sources supplying the anodes which output simultaneously is modified,
everything happens as if we were to modify the value of a common fictitious voltage source which would supply all the anodes which output simultaneously in parallel; the different phase relationships will therefore make it possible to achieve different adjustment pa- liars in accordance with the invention respectively *
A rectifier, inverter, modulator, etc. *** to which this adjustment method is applied can operate with a theoretical phase shift factor equal to unity (neglecting the reactive losses due to the transformers) for a certain number. Values of rectified, rippled, modu-
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lée, etc ---,
values corresponding to the phase relationships for which the conditions necessary for switching between anodes are achieved at suitable times -
For switching between anodes to be possible, we know that it is necessary for the potential of the anode which must ignite with respect to the cathode, is at least equal to the anode-cathode potential of the anode which must be ignited. - dye-
For certain phase relationships between the anodes operating simultaneously, these switching conditions can be achieved at the instant when.
intersect the resulting voltage curves, defined by the phase relations considered, corresponding respectively to the anodes which output before and after switching between anodes - The theoretical phase shift factor will then be equal to unity, if switching is allowed between anodes at the moment just considered, and the value of the voltage of the converter or other device will be proportional to the geometric sum of the vectors of the voltages applied to the anodes operating simultaneously.
For other phase relations of the voltages applied to the anodes operating simultaneously, it may happen that the switching between anodes is only possible after the moment previously defined. For these phase relations,
the theoretical phase shift factor will be less than unity; it will however be greater than that which would be obtained by simply delaying, in the known manner, the instant of ignition of the anodes, by the value of the electrical angle necessary to obtain the marne value of the voltage of the converter or other device in cause,
In the previous explanations, it was assumed that the anodes operating simultaneously were connected in parallel, but the invention applies of course to series and series-parallel connections *
In the case where the anodes operating simultaneously are connected in series, the voltage at the terminals of the converter or other device is, at each instant, equal (except for voltage drops)
to the arithmetic sum of the voltages applied to the various anodes, and as in the previous cases, there will exist a certain number of possible relations between the phases of the voltages applied to the anodes operating simultaneously, for which, the switching conditions being realized at the instants suitable, the phase shift factor
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theoretical will be equal to unity, the voltages obtained being in this case proportional (except for voltage drops) to the geometric sum of the voltage vectors corresponding to each phase relation considered *
For all the voltages of the converter or other device obtained by forming, by suitable phase relations between the voltage sources supplying the anodes working simultaneously,
a phasing factor equal to unity, it is quite evident that the ripple rate is the marl only for the maximum tension, and consequently is much lower than if the adjustment had been carried out simply according to the known method , recalled previously, delay in the ignition of the anodes * There is therefore also, thanks to the method which is the subject of the invention, an improvement in the ton of voltages and currents of the devices to which this method is applied.
As the number of phase relations that can be obtained is limited, the adjustment thus carried out directly will be, as has been said, an adjustment in steps. To obtain a progressive adjustment and achieve the intermediate values between these steps, we may use any water-venous adjustment means; but in particular, and these particular means should be considered as forming in themselves part of the invention, it is possible to use the means consisting in varying the instant of ignition of the anodes, or the means consisting in alternating , when possible, at a suitable rate, operations corresponding to several different phase relationships between the voltage sources supplying the anodes which output simultaneously.
It is quite certain that the use of the first of these particular means of intermediate adjustment will have the effect of reducing, between the stages, the value of the theoretical phase shift factor * But since this adjustment will only take place between two stages. values quite close to the voltage of the conver.
weaver or other device, values for which the theoretical phase shift factor is equal to the unit or close to this value, we will achieve, for the intermediate values, an improvement of this phase shift factor - In fact, this is equal to the ratio of the operating voltage or intermediate voltage, to the maximum voltage, and this is only here the highest voltage obtained by the coupling of anodes of the bearing considered, or which would be obtained by supposing that the switching of the anodes function-
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- successively either possible at times which would correspond to the imita for the theoretical phase shift factor - We will also obtain even better results,
by making use of the second of the particular means mentioned, that is to say by alternating, at a suitable rate, when possible, the operation of the converter or other device, according to various phase relations between the sources supplying the anodes operating simultaneously.
In general, it will be advantageous, in order to achieve a determined operating voltage, comprised between two voltages which would be obtained respectively with two different phase relations, to alternate the operation of the converter, or other device, according to both of this * phase relations *
It will also be advantageous, in order to improve the voltage ripple rate, to make the operation alternate according to the various phase relations, in general two, at as fast a rate as possible, that is i.e. practically at the frequency of switching between anodes *
Finally, it will be noted that for some of the intermediate settings it is possible to obtain a theoretical phase shift factor equal to unity,
by suitably choosing a frequency of alternations of operation on the limit phase relations, in general by choosing a lower frequency than that required by the search for the lowest ripple rate; the choice of this sara frequency made according to the application cases *
In all cases, it will be advantageous to arrange, and this can easily be obtained, so that the average load of the various anodes is the same for all operating voltages *
A few examples of application of the invention will now be described, without limitation, with reference to the attached schematic figures! the particular provisions which will be described in connection with these examples should be considered as constituting, in themselves,
part of the invention, it being understood that they can be replaced by any equivalent provisions without departing from the scope thereof *
The Fig represents an example of application of the invention to the adjustment of a mercury vapor converter with twelve anodes.
The alternating current network 1 and the direct current network 2 are coupled via a transformer 3 provided with a winding
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primary 4 connected to network 1 and two secondary haxaphase windings
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identical 5 and 15 comprising respectively six phase windings Ba - 5b 50 bc - 541- 8f and lba - 15b 150 - 15d - 156 - 15 listed in the order corresponding to the direction of rotation of the phases, respectively connected to the anodes 6a - 6b - 60 - z 6 w 6i,
16 - 16b - 160 - 16d - 16a - li of a mercury vapor rectifier 10, provided with a cathode 11 and control or command grids such as 12, arranged in front of the anodes, and whose connections to their power supply circuit are not shown; the variable feeding of these grids, according to the rules which will be indicated below and in accordance with the invention, may be carried out using any appropriate means.
The neutral points 7 and 17, of the two secondaries 5 and 15, are coupled between
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them via an absorption coil, or dt entrephase coil, 8, the midpoint of which 13 is connected to one of the poles of network 2, the other pole of the latter being connected to the cathode 11.
The converter constituted by the transformer 3 and the rectifier 10 is found to be broken down, according to the invention, into two elementary groups operating simultaneously, comprising
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both for one, the secondary 5 and the anodes 6a, 6b, 6p 6da 6th $ 6, for the other the secondary 15 and the anodes 16a, 16b, 169, 16d, 169, 16f 'The diagrams shown in Figoz will help to understand how it works'
In Figea, the curves a, b, c, d, a, f represent respectively, as a function of the time plotted on the abscissa line, the voltage waves induced respectively in the secondary windings
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5a, 16 - 6b, 15b "60, 18o - bd # 15a - bot 156 - 5g, 161 '.
If the control voltages applied to the control grids,
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such as 12, are such that each anode can shallutnar and discharge as soon as its potential becomes equal to or greater than that of the anodes previously discharging, the anodes 6a and 16a for example, which were lit at time tl, go out at time t2 (assuming zero leaks from transformer 3), where anodes 6b and 16b align * The rectified voltage diagram
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is represented by the upper broken curve 8, B C D E F The voltage redessess is then maximum, and the theoretical phase shift factor is equal to unity * Each anode delivers, for one sixth of a period, a current
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éQ'sl É.
liq.mail-id A77 nn, "o't" l + no # <--.- ¯¯¯¯ ¯¯ -......-
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If one prohibits, by the action of the control grids, the wing mage of the anodes 16a, 16c, 16th .on the one hand and 6b, 6d, 6f, on the other hand and that the ignition of the other anodes either allowed as soon as their potential becomes equal to or greater than that of the cathode (the reverse operation would give the marl results), the operation will be the same as the well-known operation of a six-phase rectifier with absorption coil, that is - that is, the anode 16b turns on at time t3 and turns off at time t4, where the anode 16d in turn turns on,
the anode 60 igniting at time t5 when the anode 6a goes out * During the simultaneous flow of two anodes, 6a and 16b for example, their potential with respect to the midpoint 13 of the absorption coil 8, is equal to each ins. both to the average of the voltages induced in the windings 5a and 15b to which the corresponding anodes are connected, the difference between these two voltages being absorbed in the coil 8. The curves fa, ab, @c, od, de and ef represent respectively the values of the mean voltage - between the voltages induced in the phase windings Sa and 15b (or 15a and 5b), 15b and 5c (or 5b and 15c), 5c and 15d (or 15c and Sa.) * etc ....
The rectified voltage is then represented by the valued curve A1AB2BC1CD1DE1EF1FG1G ... The ratio between the value of, the rectified voltage thus obtained and the value of the maximum rectified voltage Em is equal to, and the theoretical phase shift factor is still equal to l 'unit*
2
The rectified current is still practiced between two anodes discharging simultaneously * The maximum value of the instantaneous anode current is not increased- On the other hand, only six anodes deliver, each for a third of a period, the other six remaining inactive- It is possible to avoid increases in the sizing of the anodes and of the transformer and to keep the full use of the rectifier, by swapping from time to time the anodes in operation with the anodes at rest,
that is to say that after having debited for a moment on the anodes 6a - 6c - 6e - 16b - d - 16f, the anodes b-, 6d - 6f 16a - 16c - 16e being inactive, one releases the anodes 6b - 6d - 6f - 16a, 16c - 16e and blocks the anodes 6a - 6c - 6e - 16b - 16d - 16f which in turn are inactive, and so on - If these permutations @ are made (by automatically un- filling ) at equal and relatively short time intervals * compared to the thermal time constant of the anodes, the average load) of the anodes is the marl only in the case of operation at maximum voltage
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and the use of the rectifier is not diminished.
In the operation which has just been studied, two anodes fed by voltages out of phase by sixty electrical degrees are allowed to be fed simultaneously - A new value of the voltage can be obtained by letting only two anodes fed by voltages out of phase by one hundred and twenty degrees electric- If, for example, in the interval of teutps between tb and t7, the anodes 6b and 16d discharge simultaneously, the other anodes being blocked by their control grids, the potential of these two anodes with respect to point 13 is represented by the curve bd, average of the two voltage curves b and d.
If at time t7, a little earlier than tomps t8 where the voltage curves c and d intersect, the anode 16c is released, the anode will turn off the anode 16d, which is less positive than it and take its charge; the common potential of the anodes 6b and 16c follows the curve b c from point c4. If at time t8, the anode 6e is released, it lights up and takes the charge of the anode 6b which becomes less positive than it, The flow of current is then ensured by the two anodes 16c and 6e, whose voltage common with respect to point 13, is represented by the curve o e.
The rectified voltage diagram is then represented by the broken curve D3 C5 C4 E3 D5 F3 E5 E4 A3 ...
If the leaks from transfocaator 3 were assumed to be zero, the commutations would be instantaneous * Times such as t7 and t8 for example, could be extremely close, and points such as C5 and E3 would be practically the same - The phase shift factor would still be equal to unity for a rectified voltage equal to half of the maximum voltage *
As in the previous case, it will be advantageous to swap, at sufficiently short intervals, the groups of active and inactive anodes in order to maintain good use of the rectifier and the transformer *
If you want to obtain an intermediate voltage between the maximum voltage, of value Em and the voltage of value Em # 3,
we can
2 be satisfied with delaying, as is already known, the instants of simultaneous ignition of the anodes 6a and 16a, 6b and 16b, ........; the rectified voltage diagram is then represented by the breeze curve A6 A7 B B6 B7 0 C6 C7 D ..... The rectified voltage and the phase shift factor then varying as the cosine of the delay angle at l 'ignition.
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On the Fig $, the line KZ1 represents the variation of. Theoretical phase shift factor as a function of the ratio between the operating voltage and the maximum voltage Em, this ratio being plotted on the abscissa *
Likewise, voltages lower than the value Em # 3/2 can be obtained by delaying the ignition of the anodes in the second training mode which has been described * The rectified voltage diagram is then represented by the broken curve Ag B1 B8 B9 C1 C8 Cg D1 D8 Dg E1 ......
In Fig. 3, the line KZ2 represents, for this operation, the variation of the phase shift factor as a function of the rectified voltage *
We cannot apply the principle of regulation by ignition delay, to lower the operating voltage corresponding to the third operating mode which has been described * It will be noted in fact that for q2 the rectified voltage diagram can change from with the curve bd at the curve, it is essential that the switching between the anodes 16c and 16d be made before the time t8.
Beyond time t8, the voltage of anode 16 becomes lower than that of anode 16d, and the passage of the charge from a node 16d to anode 16c is no longer possible. following how it is possible to adjust the rectified voltage to values less than half of the maximum voltage *
With the regulation mode which has just been described, the theoretical phase shift factor is represented, as a function of rectified voltage, Fige by the broken line Z1 P1 Z2 P2 Z3. It can be seen that it is always equal to or greater than the phase shift factor, represented by the straight line KZ1, which would be obtained by adjusting the voltage simply by delaying the ignition of the anodes.
A substantial improvement in the phase shift factor can be obtained by alternating, as has been said above, the operation of the converter according to two phase embodiments. If it is desired that the ripple of the rectified voltage is minimum, the two operations will be made to alternate at the switching rate of the anodes. If we assume, for example, that at time tg, the anodes 6e and 16e deliver, until time t10, the rectified voltage diagram is shown in FIG. 2 by the arc E10 F.
At time t10, only the anode 6f for example is released, the anode 16f being blocked by its control grid the anode 6f takes the load of the anode 6e, the two anodes 16e and 6f deliver simultaneously, and the diagram rectified voltage
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follows the curve e f. If at time tll the anode 16f is released, it turns on and off the anode 16e, and the rectified voltage diagram follows the curve f.
We see that it is possible to obtain a voltage diagram represented by
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the broken curve Elo F FU F14 G AU. (. 10 When the in% ekvallee of time such as t10 - tl1 increase, while remaining less than one twelfth of a period (tjo - tlp.), the rectified voltage and the factor of phase shift sta- decrease simultaneously, but the phase shift factor decreases less quickly than the rectified voltage * In Fig. 3, the curve Z1 M1 shows the variation of the theoretical phase shift factor as a function of the rectified voltage.
When time t11 merges with time t12, the rectified voltage is equal to
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Ba -2 t V 3, and the theoretical phase shift factor passes through a minimum whose value is close to 0.965 '
We will obtain rectified voltage values between
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Em 2 + 3 and i-6, by making the converter work according to the 4 rectified voltage diagram E Fi 31 & Eig F G1 F1 Piz G .....
For this purpose, for example, the simultaneous flow of anodes 16e and 6f will be maintained until time t12 (curve e f) - At time 12, the anode 16a
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is released and prondia charge of the anode 16e (curve f 8). At time t15 'the anode 16f is released, and takes the charge of the anode 16a, which turns off (curve -be f), the same phenomenon occurring every sixth of periods *
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As the time interval t12 .. t, 5 increases, the rectified voltage decreases and the phase shift factor improves.
At the limit, when
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the time interval t12 .. t13 is equal to a twelfth of a period, we find the second operation studied, the rectified voltage is equal to Em # 3/2
2
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and the phase shift factor is equal to unity * On the rig-5, the segment bil Zg shows the variation of the phase shift factor tiécrtquae Tour voltages slightly lower than Em # 3, it is born
2
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necessary to lower the voltage by ignition delay (Ag Bl B8 Bo 01 Ce diagram), for voltages between the voltage of value Ji \ n 1/3 and the voltage of value in r 3 x 23 = A- (ignition delay of thirty electrical degrees) - The phase shift factor is represented in fig. 3 by the straight line segment Z2 M2.
Lower voltages, between the values
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their rectified voltage respectively equal to s 1i! n and 1/2: E; n, can
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that to obtain the passage from the simultaneous flow of anodes 6b and 16d (curve b d) to the simultaneous flow of anodes 16c and 6e (curve ce), it is necessary to pass through the simultaneous flow of anodes 6b and 160 (curve b c). We obtain c a voltage value between the values 3 Em and 1 @ / 2m passing from the 4 2 flow rate of anodes 6b and 16d, to the flow rate of anodes 6b and 16a, no longer at a time
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t7 as close as possible to time t8o but at a time t, 4 notably earlier We can thus obtain the rectified voltage diagmer-a Da C14 Crla .5 DU Dl6 P5 ....
On pig 3, segment M27e shows the variation of the theoretical phase shift face as a function of the rectified voltage, the phase shift factor gradually returning from the minimum value of # 3 for the voltage.
2 rectified ion 3 Em, individually for the voltage 1 Em. It suffices, having caused the commutation between the anodes 16 and 16f at time t15, not to / allow
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at time t 16 the ignition of the anode 6b 'The voltage diagram then follows the curve ef until point 816, corresponding to the time tiq when the allugge of the anode 6b is only allowed * The voltage diagram then follows the broken curve 75 4% B16 317 A5 A4 C16 17 "The phase shift factor and the redirected voltage decrease simultaneously.
On Fig3, the curve: K 3 Z3 shows the shape of the variation of the phase shift factor *
There is also a fourth possible phase relation, which corresponds to a theoretical phase shift factor of unity, and to a theoretically zero rectified voltage. For this purpose, it would suffice to allow two anodes fed by opposing voltages to be fed continuously. phase, for example the anodes 6c and 16f (the reactive power consumption would then be zero) - It is easy to realize that it is also possible to obtain non-zero voltages *
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the anodes 6c and 16f delivering simultaneously, and the instantaneous rectified eleatromotor force being zero, it is possible for example, at time t18, to release the anode 16d which takes the load of the anode 16f.
The diagram of 'tell-
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rectified ion will then follow the arc D, 8 Elg of the curve 0 d At time t19 (whose representative point on the time axis merges with the point A19, with zero ordinate), the anode 6a is released, and As the tension applied to it
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quée becomes equal, at this moment, to that of the anode 60 * the anode 6. a'all '# 18 and turns off the anode c. The anodes 6a and 6d supplied by voltages in phase opposition, output simultaneously, and the instantaneous rectified voltage
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is zero.
Or can thus obtain the rectified voltage diagram shown
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by the broken line CÉO Cie Fl9 D20 D18 A19 E19% 8 ...., the point Dao 'of zero gold, coinciding on the time axis with the -point representative of the
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time tle, As in the previous cases, the permutations are made so as to load all the anodes equally.
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On b'ig3, curve M4M3 shows the shape of the variation of the phase shift factor *
The theoretical phase shift factor is therefore given for the rectified% en- sions between zero and the maximum voltage Em, by the curve
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broken M4% 7th Ma 7. Ml zi With the adjustment process consisting simply in varying the instant of ignition of the anodes, the phase shift factor would be given by the straight line KZ1.
It can be seen that the application of the invention provides a large reduction in the reactive power consumed *
If we can accept a slight increase in the voltage ripple rate, we can further improve the phase shift factor * For example,
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a rectified voltage of value + 3 16 can be obtained with a phase shift fan equal to unity, by imposing operation according to the rectified voltage diagram represented by A Aq B 01 C 07 D El E 310 "* ' The explanations given previously make it easy to predict at any time which anodes should be prohibited from ignition * From marl,
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voltages between the values V 3, E and 1 Bm can be attained
2 bare with a unit phase shift factor,
by ensuring operation according to rectified voltage diagrams similar to that represented by the
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broken curve D3 Du & 3 G 3 ".
The preceding descriptions relate to operation as a rectifier, but it is obvious that the converter shown Fige, can
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both function as an inverter- The broken curve 1L 4 P Q & S T iT ïi X 'Y Z in Fig. 2 represents the operating diagram corresponding to a voltage
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continuous supply voltage between the values Jitn and 2 + V 3 F,
The explanations given above about operation as a rectifier easily allow anyone skilled in the art to understand operation as an inverter *
Fig. 4 shows another embodiment of the invention where the elementary groups are connected in series - The secondaries 5 and 15 of the transformer.
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-mateur 3 respectively supply the anodes 106R - 106b - 1060 - 106d - 1066 - 106f and 116a 116b - 1160 - 116d - 116e - 116 of two mercury vapor rectifiers 110 and 120, the secondary 5 and the rectifier 110 constituting the 'one of the elementary groups, the secondary 16 and the rectifier 120 constituting another elementary group * The two groups are connected in series,
the neutral point 117 of the secondary 15 being connected to the cathode 111 of the rectifier 110, the neutral point 107 of the secondary 5 and the cathode 121 of the rectifier 120 being respectively connected to one and the other blades of the network 2-
All the explanations given about the operation of the assembly shown in Fig. 1 apply to the operation of the assembly shown
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Freeze, taking into account that the instantaneous rectified voltage at the two extremes of the converter is equal to the sum of the two voltages induced in the phase windings connected to the two anodes which output simultaneously,
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instead of being equal to their average * Of marl, the diagraasnes of the rig-, t served as well to explain the operation of the assembly represented in Fig4,
'assuming that the curves a- b - e - d - a - f represent, no longer the common voltages induced respectively in the windings * of phases 5a, 15a
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5b, 15b - 50, 15o - 5d, 15d - 59, 150 - 5f, 15g, but the double of these tensions aomnuaes.
The FigeZ curves also represent the shape of the variation of the theoretical phase shift factor, as a function of the value of the rectified voltage.
Fig. 5 shows another example of application of the intensity to a twelve-anode rectifier, this example being particularly suitable for obtaining high current, in the sense that the charging current is also divided between four anodes delivering simultaneously
In Fig. 5, the primary 204 of the transformer 203 is connected
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t As before for network 1.
The two hexaptiased secondaries 205 and 215 are respectively broken down into two three-phase stars, 205x and 205y on the one hand, and 215x and 215.v on the other hand * The neutral points 20'7 and 207y of stars? 05 and 205y are connected between them via an absorption coil 209. In Marl, the neutral points 217x and 217y of the stars 215Y and 215yp are connected to each other via the absorption coil 219.
The midpoints 214 and 22 @ of the coils 209 and 219 are connected to each other by a third coil
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absorption 208, whose midpoint 213 is connected to one of the blades of the network 2, the other pole being connected to the cathode 211 of the twelve-anode rectifier 210-
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The gobe phase windings, $ ZObbs 2050, 205d, 205 and 205f on the one hand and Zlba, 15b, 2150, 215d, 9150, 215g on the other hand, listed in the order corresponding to the direction of rotation of the phases, are respectively connected to the anodes 206a, 906b, 206a, 206d, 206e, 206f and 8160, 216b, 2160, 216d, 216a, 816 'As before, the connections of the control gates such as 212 have not been shown.
The converter shown in Fig. 5 is broken down into four elementary groups, operating in parallel,
each made up of the windings of one of the three-phase stars and the corresponding anodes, by
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exanpie by star 205x and anodes 206a, 206d and 806g 'C01Dlte previously it will be assumed that transformer 203 has no leakage inductors and that the switching between anodes is instantaneous.
It is easy to realize that at each instant, four anodes, each corresponding to an elementary group, are discharging simultaneously and that there are still four possible phase relations.
In Fig-6, the curves a to f representing the electro-
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motors induced in the windings 205a or & 15, "* 305g or 215f 'which will be assumed to be identical to the windings 5a or 15, ......., 5 or 15f
The first phase relationship will be obtained by allowing the anodes to flow naturally * The operation is then identical to that of
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two six-phase rectifiers fitted with absorption coils operating in parallel, the anodes òr,., and 216a, for example, delivering time as the anodes 206b and 216b and extinguishing when the anodes 206e and 216c.
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In Fig. 6, the curves fa, ab, ....
and ef represent, as before, the resulting voltage curves, corresponding to the first phase relation * The diagram of the maximum rectified voltage is
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represented by the broken curve A60 - B50 - 50 "1) 5o - E60 .. p50 le; The theoretical phase shift is equal to unity.
The second phase relation will be obtained by leaving it
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simultaneously debit, for example, that the anodes 206 - 206a - 216a - al6b, then the anodes 216a - 216b - 206b - 2060 - and so on * In Fig. 6,
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the curves faab, abbo, ......, effa, represent the resulting voltage curves corresponding to the second phase relation- It is to realize that this second relation cannot correspond to a step with a unit phase-shift factor * The change, for example, from the simultaneous flow rate of the anodes 206f - 206a - 216a - 216b, to the simultaneous flow rate of the anodes 216a - 216b - 206b - 206c, cannot be done at time t50 corresponding to the crossing point of the curves f aa b and a bb c,
because the current delivered by the anode 206a cannot be transferred to the anode 2060 as long as the voltage induced in the winding 205c is not at least equal to the voltage induced in the winding 205a, c ' that is to say before the time t51 corresponding to the point of intersection of the curves a and c. It follows that the second phase relation cannot make it possible to obtain a rectified voltage higher than that represented in Fig. 6 by the diagram A50 - B51- B50- C51 - C50 - D51 - D50 - E51 ......
It is easy to see that 'the value of the rectified voltage thus obtained is equal to three quarters' of the maximum voltage (apart from voltage drops) and that the theoretical phase shift factor is equal to # 3, significantly higher than the
2 value of 0.75 which would be imposed if the voltage reduction were obtained by a simple delay in the ignition of the anodes *
A third phase relationship will be obtained by leaving simultaneously only four anodes supplied respectively supplied by four windings giving consecutive phase voltages, for example the anodes 206b - 2160 - 216d - 206e, then the anodes 2160 - 216d - 206a - 206f.
In Fig * 6, the curves e f a b, f a b a, a b a d, eto ---, represent the resulting voltages corresponding to the third phase relation-
This third phase relationship allows operation with a theoretical phase shift factor equal to unity. Indeed, the passage from the simultaneous flow, for example of the anodes 206b - 216c - 216d - 206e, to the simultaneous flow of the anodes .. 8160 - 216d - 206e - 206f, requires switching the current from the anode 206b to anode 206f and is possible at time t52, corresponding to point @ 51 where the curves bcde and cdef intersect, because the potential of the anode 206f then becomes equal,
then greater than that of anode 206b. The rectified voltage diagram is then represented by the broken curve B51 - 051 - D51 - E51 ..... We realize that the rectified voltage is then equal to half of the maximum rectified voltage *
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The fourth possible phase relation corresponds to the simultaneous flow of four anodes, two by two in phase opposition, that is to say at zero rectified voltage - With the first three phase relations, the operation of the various anodes was such that they were also charged-, With the fourth, only four anodes would be charged,
and it is advantageous to establish permutations between the activated anodes and the inactive anodes - As in the case of the first example described, intermediate rectified voltages can be obtained by alternating the operation of the converter according to several phase relations - Si for example, the anodes 206e - 2168 - 206f - 216f delivering simultaneously and that at time t53, the ignition of the anode 206a is only allowed, the rectified voltage diagram will follow the curve effa until time t54, where l 'we will allow the ignition of the anode 206f, and so on * We can thus obtain the rectified voltage diagram given by the broken curve A52 - F53 - 54 - B52 - A53 - A54 - C52 ...... ,
which corresponds to a rectified voltage whose value is between the maximum value and three quarters of the maximum value. Likewise, the explanations already given make it possible to understand that a voltage diagram such as the one represented by the broken curve D51 - C55 -56 - E51 - D55 - D56 -JF51 - E55 - E56 - A51 .. .. can be obtained and makes it possible to obtain rectified voltage values co-taken between three quarters and half of the maximum value.
Contrary to what happened in the case of the first example described, voltages lower than the rectified half-voltage can be obtained by delaying the passage of the flow of one series of anodes, to the flow of the following series * By For example, the passage from the simultaneous flow of the anodes 206b - 216c, 216d - 206e, to the simultaneous flow of the anodes 216c - 216d - 206e - 206f, simply requires the flow of current from the anode 206b to the anode 206f. This switching is possible from time t52 and can be delayed by any electrical angle, at most equal to 180 degrees. the anode 206f being more positive than the anode 206b in the corresponding time interval, switching may be permitted at the desired instant.
This switching delay adjustment mode is the only one which
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between half and a quarter of the maximum voltage.
Voltages less than a quarter of the maximum voltage for
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will be obtained, either by increasing the delay on switching, or by alternating the two operations according to the phase relations corresponding to rectified half-voltage and zero rectified voltage - For example,
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if the anodes 206b - 2160 - 216d - 206 (curve b o d a) discharge simultaneously, and at time t55, the anode 216f is released, the latter turns off
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the anode 216d, and the four anodes 206b, 2160, 206e ', El6f output simultaneously, giving a resulting voltage of zero * At time t56, the anode 206d is free.
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béréel it turns off the anode 206b and the anodes 2160, 206d, 206 ,, 216t delivering simultaneously (representative curve e d a f} '0n will pass, thereafter,
by the simultaneous operation of the anodes ll60, 206d, 216f, 2Q6a, then 206d, 216e, 216r, 206a, and so on, thus obtaining voltage diagrams such as that represented by the broken line jÉ5, D58 - Dbg - 157 -% Q - '59, the points F57, D58 and A57 of zero ordinate coinciding on the abscissa axis with the points representative of the times t55, t56 and t53.
In Fig-7j, the broken curve M7 M6 Z6) i5 Z. shows the shape of the variation of the theoretical phase-shift factor corresponding to the assembly re-
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shown in Fig-5, as a function of the ratio between the rectified voltage and the maximum rectified voltage Em.
It would be easy to follow the operation of this inverter assembly, and it would be seen that the curves representative of the theoretical phase shift factor are still the same as those shown in Fig. 7-
The marl results would be obtained by assembling the four elementary groups which constitute the converter represented in fig. 5, in series, or in series-parallel.
As previously, intermediate voltages can also be obtained with improvement of the phase shift factor, by alternating the operations according to two different phase relationships, at a frequency lower than the natural switching frequency of the anodes * Fig. 8 very schematically represents the One of the forms of application of the invention to a rectifier with eighteen anodes.
The power supply transformer (whose primary windings
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- mayors are not represented) has three hexaphase secondary windings 305, 315 and 325, respectively broken down into three-phase stars 305x and 305y, 315x and 315y, 325x and 325y, the neutral points of the two three-phase stars constituting one of the secondaries , being connected to each other by the single-phase absorption coils 309, 319 and 329. the midpoints of these coils are joined by a three-phase absorption coil 308, whose neutral point 313 is connected to the negative blade of the network a .
The phase windings respectively supply the eighteen anodes (not shown) of rectifier 310, the oathode 311 of which is connected to the positive pela of network 2. It can be seen that six anodes discharge simultaneously, and that operation with a unit phase shift factor is possible for rectified voltages equal to the maximum voltage, two thirds of the maximum voltage and for a zero rectified voltage, - Other phase combinations are possible, which correspond to a slightly theoretical phase shift factor less than unity * In particular, it would be checked that, for the values of the rectified voltage between the maximum value and its two thirds,
the theoretical phase shift factor never drops more than six hundredths below unity *
Fig9 shows schematically an assembly for which two combinations of phases corresponding to the simultaneous flow of two anodes, and for which all the anodes flow during the tempe marne in the duration of a period, a third combination of phases corresponding to the simultaneous flow three anodes
The power transformer (whose primary windings are not shown) has two identical haxaphase secondaries, 405 and 415, each broken down into three groups 405x, 405y, 405z and 415x, 415y, 415z,
each constituted by two windings in phase opposition - The secondary windings 405a, ....., 405f and 415a ..... 415f (listed in the order of rotation of the phases) are respectively connected to the twelve anodes 406a .. ..... 406f and 16a, .... 416f of a mercury vapor rectifier 410, provided with control grids (not shown) and whose cathode 411 is connected to one of the pbles of network 2.
The midpoints of the winding groups 405x, 415y,
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two, via the 406xy '4 ± Syz and 4 ± k3zx windings, respectively arranged on the three columns of a three-phase magnetic circuit and constituting an interphase transformer, or divider of o ocrant 4000 The middle points of the three hydraulics 408y, 408yz and 40Bzx are connected between aux and are joined to the second blade of the network 2-,
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If all the control grids allow the anodes to be ignited, two such-elqs for example the anodes 416f and 406a will be forced to simultaneously deliver equal currents, so that the amperes-turns of direct current are balanced in both. 406xy winding halves.
When the anode 416a becomes more positive than the anode 416f, it tends to alternate, but its current is limited to the magnetizing current of the winding 408zx and it can only take a noticeable load if the '' one of the anodes corresponding to the winding group 405, can light up in turn * By induction effect
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in the winding 408sx 'the potential difference between the anode 41% l and the cathode is transferred to the midpoint of the collapse group 405x and raises the potential of the anodes 406b and 406e.
When the potential of the anode 406b thus increased, will reach the potential of the anodes 416f and 406a which flow, this
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anode will in its turn, and will be able to replace the anode 406a 'at the same time that the anode 416a will replace the anode 4l6 as a result of the driving forces induced in the tranafozmataur clteatyçhaao 400 * This switching will be possible as soon as the sum of the voltages induced in the windings 415a and.
405b will be equal to the sum of the voltages induced in the windings 405f and
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415a, that is to say when there will be equality between the voltages induced in the windings 415f and 405b.
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The operation which has just been described corresponds to the maximum rectified voltage * The action of the control gates also makes it possible to delay switching and reduce the value of the rectified voltage.
A second phase relationship can be obtained which allows a dephanging factor equal to unity, by allowing only two anodes to be fed simultaneously, one corresponding to the secondary 405 and the other to the secondary 415, supplied by windings whose voltages are out of phase by a third of a period,
for example the anodes 406a and 4160- The explanations given above make it possible to understand that, if the anodes 406b and 416d are released, all the other anodes are blocked, they will take the load and turn off
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the two anodes 406a and 4160 when the sum of the voltages of the windings of:
hase 405b and 415d will be equal to the sum of the voltages of the windings 405a and 415c. As before, the rectified voltage can be lowered by delaying the switching *
The first two combinations of phases make it possible to obtain, with a theoretical phase-shift factor equal to unity, rectified voltages whose values are in the ratio of 1 to #. .
# 3
It will be noted that for the two operations which have just been described, each anode delivers during one-sixth of a period in the duration of each period *
A third phase relationship is obtained by leaving free to output only the anodes corresponding to one of the two secondaries, for example the anodes 406-, ...., 406f.
The balance of the amperes-turns of continuous current on the input phase transformer 400, can only be obtained if three anodes, each corresponding to one of the groups 405x, 405y and 405z, output simultaneously * If the switching between anodes is not delayed, the value of the rectified voltage is equal to the maximum voltage corresponding to the first combination of phases multiplied by 4/3 # 3, and the theoretical phase shift factor is equal to unity.
As in the cases previously described, it is easy to switch the operations according to two phase relationships to obtain intermediate voltage values.
The invention is applicable to modulator converters, or static frequency converters * Fig. 10 shows an exemplary embodiment, according to the invention, of a modulator converter * ensuring the energy transfer of a network. with three-phase current to a network 4 single-phase current of lower frequency * In Fig. 10, two converters 500 and 600, identical to the one shown in Fig. 1, are coupled according to the conventional eight-way assembly, the cathode, 511 for example, from one of them, being connected to the neutral point, for example 613, of the absorption coil, 608 for example, of the other converter,
the single-phase network 502 being connected to the cathodes 511 and 611 of the two converters * follow the known technique, each converter provides
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reproducing the OO '\ 11'b .......... f, ab ....... ta .08 ...... 3 rOPré9al * teaa on the figea- bee explanations given. about the montag. reprémU Mé * 1 make it easy to understand that the successive combinations of the flow * iud% aÀ born of the anodes oonneatéea to the emroulemmtt 505, and 6ie <t 5Q6d and 51500 505d e1 51500 505e and 5154 # 5o5f and 5150, 805t and 515 * 0 5054 and i15 pemettmt to attain the voltage di8g18lC6 of 1.100 '-It.oo. 0lpp Dzoo - oo- 1lpp '8too ..
Rao .. lp which takes over the d8Û- # d. taarnie by the emvutioseur 500e 4th m0nophaoea voltage whose triqun08 is yours from the friq1llD88 4 'power supply, the converter 600 toumisssmt the -'ne tXMitrt la ..nx1-
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deati-oadr
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one can 4gallll1ent obtain the melti4 freqvmoe voltage of which a dani-wave is represented * by the broken curve J1QD. 1QO .. CJ.oo ..
: IJ. # .. J'1 #. G # - Xloe m Llat Each oonrertisseur 500 and 600 can also, coma has been explained about the rod 1. touatioaaer 111 inverter it is obvious that the boa network will be able to send 4. l.f4.energy on the network 1 when it will be necessary, and that as a result. Follow me now well known toebnique, the converter mocluleur shown freezes 10 for "" 81 '#. alternating current out of phase with respect to the% in * i0n of the network 502, 0 '"' '' '' 'ie will be able to supply or to demand reactive power The in% lee of application which have it4 described must be known As has been said, to be considered as a coma forming part of iL * 1 * invaiticm, but not limiting it in any way From nanbreuees nr1an '. ptlUW81' easily carried out without leaving the framework of the particular inv81UII1- la.
he will be able to use monoanodiqneoe valves, the secondary 8I11'Oul8I1ctl of the trsnsfomateurs can be connected to the P0l1gon8 as well as to me ...