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"DISPOSITIF DE CONTROLE DE LA TENSION DE POLARISATION DES GRILLES
DE REDRESSEURS A VAPEUR IONISEE"
Le dispositif de contrôle de la tension de polarisation des grilles de redresseurs à vapeur ionisée objet de l'invention se propose de réaliser les conditions suivantes :
Constituer un système statique, provoquer une onde de tension de polarisation de grilles ayant une pente plus élevée qutune onde sinusoïdale de même fréquence que la fréquence anodique., permettre le réglage de l'instant d'amorçage des anodes en fonction d'un courant continu ou d'une tension continue.
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On décrira d'abord une disposition simplifiée montrant le principe du dispositif. La figure 1 des dessins ci-annexés re- présente un circuit magnétique T constitué par des tôles en mé- tal de grande perméabilité. Sur ce circuit magnétique T sont bo- binés trois enroulements A, B et C. L'enroulement A comprend na spires, il est parcouru par un courant alternatif sinusoïdal ia de même fréquence que la fréquence anodique. Un rhéostat IL per- met de régler la valeur du courant ia, une réactance E1 dont la self-induction est élevée par rapport à celle de l'enroulement A, est connectée en série avec l'enroulement A. L'enroulement C com- prenant nc spires est parcouru.par un courant-continu ic régla- ble au moyen d'un rhéostat R2.
Une réactance E2 est connectée en série avec l'enroulement C. L'enroulement B'comprenant nb spi- res est représenté pour l'instant à circuit ouvert, la tension qui apparaîtra aux bornes de cet enroulement B étant désignée par Eg.
La figure .2 montre la courbe de magnétisation ss- f(AT) d u circuit magnétique T, ssexprime l'induction magnétique et AT le nombre d'ampères-tours appliqués au circuit magnétique.
L'emploi d'un métal de grande perméabilité permet d'atteindre le coude de saturation D avec un petit nombre d'ampères-tours od, de plus la partie saturée DF de la caractéristique peut être con- fondue pratiquement avec une droite horizontale.
Les figures 3 (a,b,c), 4 (a,b,c), et 5 (a,b,c) pré- cisent le fonctionnement du dispositif.
La fig. 3 correspond au cas dans lequel le courant continu ic, désigné' ci-dessus, est nul. La fig. 3a montre la cour- be des ampères-tours totaux AT appliquée au circuit magnétique T, en fonction du temps. Comme on a AT = na ia, cette courbe est une sinusoïde d'axe x y. Si on représente par deux droites 1 h
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et j' h' parallèles à l'axe x y, les ampères-tours correspondant au coude D de la fig. 2, on a : gh - g'h' - od, od étant donné par la figure 2. La valeur des ampères-tours alternatifs na :La est choisie de telle sorte que na ia maximum>cd; on a pris à titre d'exemple le rapport na ia max. = 2, mais il est évident que 1on peut prendre toute autre valeur, à la condition d'avoir na ia max. > od.
La fig. 3b représente l'induction 03 dans le circuit magnétique T en fonction du temps. Le circuit magnétique est satu- ré de k en 1 de sorte que l'induction reste très sensiblement cons- tante.
La fig. 3c représente la tension Eg induite dans l'en- roulement B, en fonction du temps. Cette courbe se déduit aisément de la courbe représentée par la fig. 3b.
Maintenant on suppose que l'enroulement G de la fig. 1, soit parcouru par un courant continu ic, l'enroulement A étant tou- jours parcouru- par un courant alternatif ia.
La figure 4 représente des courbes analogues à celles de la fig. 3 dans ces nouvelles conditions. Le courant alternatif a la même valeur que précédemment. La fig. 4a représente la courbe des ampères-tours totaux AT appliqués au circuit magnétique T, en fonction du temps. On a AT = na ia + nc ic, le nouvel axe est x'y' tracé à une distance de- l'axe x y de la sinusoïde des ampères-tours alternatifs, égale à ne ic. En .prenant comme base l'axe x' y' les droites j h et j' h'correspondent à la saturation du circuit magné- tique ainsi qu'il a déjà été défini. On en déduit aisément la cour- be de l'induction ss en fonction du temps représentée par la fig.4b et la courbe de la tension Eg induite dans l'enroulement B repré- sentée par la fig. 4c.
La figure 5 correspond au cas dans lequel on choisit
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na ia max. nc ic = 2
Si le .courant continu ic est encore augmenté, la cour- be de la tension Eg reste semblable à celle de la fig. 5c, mais l'amplitude de croît, jusqu'à devenir sensiblement nulle pour un courant continu élevé.
Il est possible d'utiliser un courant continu ic de sens opposé à celui choisi pour les figures 3, 4 et 5. Il est inu- tile de représenter les figures correspondant à cette inversion du courant continu. On obtient des courbes de tension Eg analogues, à cela près Que si on considère l'onde de tension positive G, son déphasage k' l' fig. 3, au lieu de diminuer pour un courant conti- nu ic croissant, croit au contraire avec le courant continu. On prend comme axe de référence du déphasage l'axe Z Z'.
,La réactance E1 fig. i a pour but de maintenir le cou- rant ia sinusoïdal malgré la réaction des ampères-tours de l'enrou- lement B. De même la réactance E2 maintient le courant ic continu malgré cette même réaction.
Il est facile d'observer que la tension Eg présente une courbe à pente plus élevée que l'onde sinusoïdale de même fréquence.
Son aspect se déforme lorsque le courant continu ic varie, l'onde qui est considérée comme positive se déplaçant en sens opposé de l'onde considérée comme négative. On peut noter que l'on peut consi- dérer la tension Eg comme la résultante d'une tension sinusoïdale de fréquence fondamentale dont'la phase reste fixe, à laquelle on superpose un harmonique d'abord impair ce qui donne la courbe de la fig. 3c, ensuite, l'amplitude de cet harmonique impair décroît, en même temps on fait apparaître un harmonique pair d'amplitude croissante, on obtient ainsi la courbe de la fig. 4c. La fig. 5c correspond au cas où il n'existe plus qu'un harmonique pair super- posé à la tension fondamentale.
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La tension Eg induite dans l'enroulement B de la fig. i peut être appliquée à la grille d'anode d'un redresseur à vapeur @ ionisée. Une des bornes de l'enroulement B sera connectée à la , ,.- cathode de-ce redresseur et l'autre borne à la grille d'anode con- sidérée, par l'intermédiaire d'une résistance de protection. L'ins@ tant d'amorçage de l'anode commandée, dépendra du déphasage k' l' de l'onde positive G de la fig. 3c.Il suffira donc de faire varier l'intensité du courant continu ic pour faire varier la valeur de k' l'et, par suite, l'instant d'amorçage de l'anode commandée.
On peut imaginer un redresseur à vapeur ionisée polyanodique muni de grilles polarisées, chacune d'elles étant connectée à un système analogue à celui de la fig. i et le déphasage des divers courants alternatifs ia étant convenablement choisi. Les divers enroulements C de ces dispositifs peuvent être connectés en série ou en paral- lèle à une source continue, l'intensité du courant continu ic étant réglable. L'instant d'amorçage des anodes et, par suite, la tension continue fournie par le redresseur dépendra de la valeur du courant continu ic.
D'une manière générale, on pourra disposer plusieurs enroulements analogues à C sur le même circuit magnéti- que T, chacun d'eux étant parcoure par des courants continus indé- pendants et on pourra dire que la tension continue du redresseur dépendra de la valeur des ampères-tours continus résultants ATc.
Il est inutile d'illustrer cela par une figure, les figures suivantes relatives à des cas d'application du dispositif apportant une clarté suffisante.
Le dispositif se prête à un réglage manuel de la ten- sion continue par réglage du courant continu ic de l'enroulement C de la fig. i alimenté soit par une source continue séparée, soit par la tension continue du redresseur.
S'il est nécessaire, on peut superposer une tension
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négative constante à la tension Eg de l'enroulement B, de manière que les grilles contrôlées soient toujours négatives par rapport à la cathode sauf à l'instant où apparaît l'onde positive G pro- voquant l'amorçage des anodes.
Une première application envisagée est le compoundage de la caractéristique de tension continue en charge du redresseur.
La caractéristique de tension normale d'un groupe redresseur est shunt: la tension continue diminue lorsque le courant continu débité augmente. Le compoundage consiste non seulement à diminuer la chute de tension continue entre la marche à vide et la marche en charge mais à maintenir la tension continue constante. On peut envisager également d'obtenir une caractéristique hypereompound, la tension continue augmentant lorsque le courant croît.
La fig. 6 représente un redresseur R à six anodes a1, a2,..., connectées aux phases secondaires 1,2,3,..., d'un trans-: formateur hexaphasé T' d'un type habituel. Le redresseur R est muni de grilles d'anodes g1, g2, ...... Il est disposé six circuits magnétiques T1, T2 ... analogues à celui de la fig. i. Pour la clarté de la figure on n'en a représenté que deux, T1 et T2, re- latifs aux grilles g1 et ornais il serait facile de'compléter la figure. Le circuit magnétique T1 comporte :un enroulement A1 par- couru par un courant alternatif 'ia fourni par la phase 1' d'un ' transformateur triphasé auxiliaire T"; deux enroulements C1 et C'1 parcourus par des courants continus; un enroulement B1'qui fournit la tension nécessaire à la grille g1.
La disposition est la même pour le circuit magnétique T2. Les enroulements A1 et A2 sont connectés en série, de même que'les enroulements C1, C2 et C'1, C'2. On n'étudiera que le circuit magnétique T1, le fonction- nement èst identique pour le circuit magnétique T2 à cela près que la tension induite dans l'enroulement B2 est décalée de 180 par
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rapport à celle induite dans l'enroulement B1.
L'enroulement Ci, connecté à un shunt Sh, est parcou- ru par un courant continu ic proportionnel au courant continu Ic débité par le redresseur R. Le courant ic est réglable au moyen d'un rhéostat IL* L'enroulement C'1 est parcouru, par un courant continu ic, fourni par une sourde E' et réglable au moyen d'un rhéostat R4.
Une force électromotrice continue Ep polarise négati- vement par rapport & la cathode du redresseur R l'ensemble des grilles g1, ±2... La réactance E1 est destinée à maintenir le courant alternatif i sinusoïdal. ' a
On suppose d'abord que la tension continue doit être maintenue constante lorsque la charge varie. Le couplage du trans- formateur auxiliaire T" est tel que lorsque les enroulements Ci et Gel ne sont parcourus par aucun courant continu, la tension' de grilles Eg1 devient positive à l'instant où. l'anode correspon- dante a1 s'amorce normalement.
Le courant ic, est ensuite réglé pour que l'instant d'allumage des anodes soit retardé, on obtient ainsi une valeur de la tension continue Ec qui est celle qui doit être maintenue constante. L'enroulement est connecté au shunt Sh de manière que les ampères-tours nc 1µ'soient en opposition avec les ampères-tours nc, ici de l'enroulement C'1. Lorsque le courant continu le débité par le redresseur R croît, les ampères- tours continus résultants ATo diminuent, d'où il résulte une avan- ce de l'instant d'allumage des anodes du redresseur R et par suite une élévation de la tension continue Ec qui compense la chute de tension continue provoquée par les réactances de fuite du trans- formateur T'.
-Le fonctionnement pour réaliser une caractéristique hyperoompound, sera semblable au précédent, à la condition de régler la valeur des ampères-tours nc ic de manière qu'ils crois- sent plus vite que ci-dessus lorsque le courant débité Ic augmente.
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De cette faqon l'élévation de la tension continue Ec en fonction du courant débité et résultant d'une diminution du retard de l'instant d'amorçage des anodes, sera supérieure à la chute de tension continue provoquée par les réactances de fuite.
Il est également possible avec la disposition représen- tée par la fige 6 de provoquer une chute de tension continue élevée lorsque le courant débité augmente, il suffit de supprimer l'ac- tion des enroulements C'1' C'2...... et d'inverser le sens des ampères-tours ne ic. A la chute de tension continue provoquée par les réactances de-fuite s'ajoute la chute de tension continue pro- voquée par'un retard de l'amorçage des anodes croissant avec le courant débité.
La disposition en question peut être modifiée en rempla- çant le transformateur T" d'alimentation des enroulements A1, A2, par un déphaseur.
La fig. 8 représente une autre application du disposa tif de contrôle des grilles. Elle permet de réaliser une caracté- ristique de tension continue en charge telle que montrée fig. 7.De H en J la tension continue varie en fonction du courant débité sui- vant sa caractéristique naturelle ( la caractéristique naturelle étant celle du redresseur alimenté par son transformateur sans ré- glage par grilles). De J en K, la tension continue décroît, très vite pour une faible augmentation. du courant débité. La nouvelle disposition permet d'obtenir de plus une valeur de l'expression dEc/dIc croissante avec Ic.
La fig. 8 comprend les mêmes éléments constructifs que la fig. 6, il est inutile d'en reprendre la description complète.
Le circuit magnétique T1 comprend un enroulement A1 alimenté en courant alternatif i par la phase 1' du transformateur T".
L'enroulement Ci est parcouru par un courant continu ici propor- tionnel au courant débité par le redresseur R et réglable par le
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rhéostat Rh2. L'enroulement C'1 est parcouru, par un courant ic'1 proportionnel à la tension continue Ec du groupe redresseur.L'en- roulement B1 fournit la tension de polarisation à la grille g1.
'Les ampères-tours nc1 ici de l'enroulement Ci sont tels qu'ils provoquent un retard'à l'amorçage de l'anode a1 et par suite une diminution de la tension continue Ec lorsqu'ils croissent, ou ce qui revient au morne lorsque le courant débité augmente:
Les ampères-tours nc'1 ic'1 de l'enroulement Gel au contraire sont en opposition avec'les ampères-tours de l'enroule- ment C1. Ils provoquent un retard à l'amorçage de l'anode a1 ;lors*! que la'tension continue Ec décroît. '
Ce fonctionnement est le même pour les circuits magné- tiques des autres grilles.
Lorsque le redresseur ne débite aueun courant, la ten- sion continue se trouve en H; fig. 7, seuls les ampères-tours de l'enroule-ment C'1 existent. Le réglage est effectué de telle sorte que la grille ±j'est rendue positive avant l'instant de l'amorça. ge naturel de l'anode a1, elle n'agit donc pas sur l'instant d'a-- morçage de l'anode .Lorsque le courant débité augmente, les ampè- res-tours de Gel diminuent un peu et les ampères-tours de C1 aug- mentent, ce qui'produit un retard de l'instant où la griller devient positive.Il est toujours possible par un réglage convena- ble des enroulements des circuits magnétiques,
de faire coïncider l'instant où la grille passe d'une valeur négative à la valeur -positive avec l'instant de l'a@orçage naturel des anodes.pour une valeur déterminée Ic1, du courant débité:
Si le'courant débité croit au-delà de Ic1, tins- , tant d'amorçage des anodes se trouve retardé du fait de l'aug- mentation des ampères-tours de Ci ) et de la diminution de ceux de et 1 ' ces derniers décroissent d'autant plus vite que la chute de tension continue Ec est augmentée . Cela provo- que une chute de tension élevée de J en K pour une augmentation
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de courant débité faible Ic2 - ici
La fig.9 représente un type de caractéristique en charge qu'il est possible d'obtenir avec la disposition de la fige 10.
La caractéristique de tension continue est normale¯de E en J, la tension continue décroît très brusquement de T à K, puis en K on obtient une extinction du redresseur par polarisation négative per- manente des grilles. Cette caractéristique particulière est inté- ressante par exemple lorsque le redresseur fonctionne en parallèle avec des groupes quelconques et qu'il est nécessaire de limiter le courant qu'il débite en cas de chute de tension exagérée du ré- seau continu auquel il est connecté.
Dans cette disposition, le circuit magnétique T1, fig.
10, ne possède plus qu'un enroulement C1 parcouru par du courant continu, les enroulements A1 et B1 sont 'analogues à ceux des sys- tèmes précédents. Le courant ic1 est proportionnel à l'expression Ec - e' dans laquelle Ec représente la tension continue aux bornes du redresseur et et la tension aux bornes d'une force électromo- tria Et ( batterie d'accumulateurs par exemple) connectée en op- position avec la tension continue du redresseur. Une partie de E' est utilisée pour la polarisation négative des grilles. La tension de E' est choisie de manière que e'-Ec2, fig. 9, Ec2 étant la tension fournie par le redresseur pour le courant Ic1. Pour la partie de la caractéristique H J, on a Ec > e'; une valve V, fig.
10, supposée à cathode chauffée mais qui peut être d'un type quel- , conque, stoppose à la circulation du courant continu i dans l'en- roulement C1, lorsque Ec > e'. De cette façon l'instant 'd'amorçage des anodes reste le même de H en J, le redresseur fonctionne comme un redresseur sans contrôle de la tension des grilles. Si le cou- rant débité Ic dépasse la valeur .
Ic1, fige 9, on a Ec < e', la valve V laisse circuler le courant ic1qui provoque la chute de ten- sion continue de J au point K. @
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Au-delà du point K le courant ic1 prend une valeur éle- vée suffisante pour saturer complétement les'circuits magnétiques analogues à T1, l'onde positive de polarisation des grilles dis- paraît, les grilles d'anodes du redresseur R sont polarisées né- gativement d'une manière continue. Le redresseur R ne fournit au- cun courant tant que la tension continue du réseau sur lequel dé- bite ce redresseur est inférieureà Ec3 correspondant au point K, fig. 9.
La disposition représentée fig. 10 peut être modifiée en remplaçant la batterie d'accumulateurs E' par un ensemble de valves redresseuses, mais cela ne change rien au fonctionnement.
Les applications particulières décrites ne limitent pas l'objet de l'invention qui consiste essentiellement dans l'en- ploi de circuits magnétiques saturés auxquels on impose un certain nombre d'ampères-tours alternatifs de même fréquence que la fré- quence anodique (ils sont de préférence maintenus constants) et des ampères-tours continus variables, la tension d'excitation des grilles Eg est recueillie par induction dans un enroulement dis- posé sur chacun de ces circuits magnétiques. Cette tension de grilles Eg est plus ou moins déformée(tout en oonservant une pente rapide) suivant la valeur et le sens des ampères-tours continus appliqués aux circuits magnétiques saturés.
Cette déformation af- feote en particulier l'onde de tension de grille considérée comme positive par rapport à la cathode, de telle manière que l'instant où la grille passe d'un potentiel négatif un potentiel positif est variable en fonction du nombre et du sens des ampères-tours continus appliqués. Le réglage de la tension continue du redresseur à vapeur ionisée muni de grilles polarisées est donc fonction du nombre des ampères-tours continua des circuits magnétiques sa- turés.
Ce dispositif se prête à des applications variées qui
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ne diffèrent lesunes des autres que par la façon de produire et de faire varier les ampères-tours continus des circuits magnétiques considérés.Une autre particularité du dispositif est de permettre d'obtenir une polarisation négative permanente des grilles d'un redresseur à vapeur ionisée lorsque les ampères-tours continus prennent une valeur suffisamment élevée.