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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION " Valve ionique avec anode de transition ".
Un convertisseur statique de courant, qu'il soit redresseur, convertisseur de fréquence ou onduleur, qui est permis d'opérer en consommant la puissance réactive, c'est- à-dire soit en chargeant inductivement un réseau primaire de courant alternatif ou soit en alimentant un réseau se- condaire de courant alternatif, chargé capacitivement,
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pourrait,sans dispositifs auxiliaires spéciaux,obtenir la commutation du courant d'une anode à la suivante.
Si, au contraire, on demande que le convertisseur statique de courant produise une puissance réactive,c'est-à-dire soit d'opérer pour compensation de phase d'un réseau primaire de courant alternatif ou soit 'd'opérer sur un réseau secondaire à charge inductive, le convertisseur doit avoir une commutation forcée d'une façon ou d'une autre, parce que l'anode qui doit à son tour prendre le courant ( dans ce qui suit nommée l'anode "relevante" ) a dans l'instant de transition toujours un potentiel inférieur à l'anode qui était porteur de courant ( dans ce qui suit nommée l'anode "relevée" ).
Dans le brevet français ? 758.123 un dispositif est décrit pour une telle commutation forcée, et comprenant une anode de transition, qui est influencée par une onde de tension positive et négative de courte durée, de façon à prendre premièrement le courant de l'anode relevée et ensuite le transmettre à l'anode relevante. Le dispositif est seulement décrit dans le brevet, pour un onduleur et pour un convertisseur de fréquence, mais, par ce qui a été dit précédemment,il est évident qu'il y a aussi un intérêt de la commutation forcée pour un redresseur, c'est-à-dire pour une commutation qui a lieu avant l'instant de transition spontanée du courant et plus spécialement pour obtenir une compensation de phase dans le réseau de courant alternatif qui alimente le redresseur.
Une telle application du dispositif du brevet français 758.123, ainsi que certains dispositifs simplifiés pour l'alimentation de l'anode de transition forment l'objet de la présente invention.
Quelques réalisations de l'invention sont schématiquement représentées dans les figures 1, 3 et 5 - 7 du dessin annexé,tandis que les figures 2 et 4 représentent quelques diagrammes de temps correspondants.
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La figure 1 correspond à la figure 1 du brevet français 758.123, la seule différence essentielle étant que le circuit du courant continu contient une charge, représentée schéma- tiquement par une résistance 1, à la place d'une source de courant, et le circuit du courant alternatif une source de courant, représentée entre les bornes du transformateur, à la place d'une charge.
D'ailleurs,les anodes principales du convertisseur sont désignées par,5 et 6, leurs grilles par 25 et 26, l'anode de transition par 4, sa source de tension par 3, la cathode par 13, l'inductance pour l'égalisation du courant continu par 14 et les différents enroulements du transformateur par 15, 16, 17.
Le fonctionnement du dispositif selon la figure 1 est schématiquement indiqué dans la figure 2. Dans celle-ci E5, E6 et E4 désignent respectivement les tensions des anodes 5, 6 et 4, toutes étant référées au point neutre du transforma- teur. Sans l'aide de l'anode de transition 4, la commutation du courant de l'anode 5 à l'anode 6 ne pourrait avoir lieu qu'immédiatement après que la tension E5 ait diminuée en des- sous de la tension E6, c'est-à-dire dans la forme monophasée illustrée après que les deux tensions aient passé la valeur zéro. Si,oependant,on applique sur l'anode 4 la tension E4, qui doit être réglable en phase, cette anode prendra le cou- rant aussitôt que E4 est au-dessus de E5 et que l'anode de transition est libérée par sa grille.
On fait ensuite dimi- de, nuer E4 rapidement en dessous de la valeur/E6 , et ensuite l'anode 6 prend le courant si sa grille le permet. La valeur de l'amplitude de E4 doit,être un peu plus haute que celle de E5 ou E6, si l'action de transition doit être possible même quand la tension de l'anode fonctionnante est à son maximum, c'est-à-dire un quart de période avant son passage
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de la valeur zéro. Si on déplace E4 dans une position de phase encore plus en avant.on obtient une action d'onduleur, c' est-à-dire le fonctionnement décrit dans le brevet français 758.123.
Si on compte seulement qu'un convertisseur disposé de la manière décrite opère comme un redresseur, on trouve qu' il n'est pas nécessaire, que les tensions des grilles des anodes principales se conforment à celle de l'anode de transition, mais les premières tensions peuvent avoir une phase constante. La seule circonstance qui est d'importance est que la grille de l'anode relevée a une tension négative et la grille de l'anode relevante une tension positive pendant la commutation. Si la tension de l'anode de transition même peut être réglée comme on le désire, la condition précédente est toujours remplie si la tension de grille pour chaque anode se trouve être environ un quart de période,ou plus,en avance de phase sur la tension de l'anode.
Les tensions E25 et E26 des grilles 25 et 26 déplacées en phase de la manière décrite sont aussi indiquées, dans la figure 2, mais en référence à la tension de la cathode prise comme axe d'abscisse, tandis que les tensions des anodes sont comptées en référence au point neutre du transformateur.
Si on utilise un condensateur comme source de tension pour l'anode de transition comme décrit dans plusieurs formes du dispositif du brevet français 758.123, on peut, en branchant le condensateur 7 avec une inductance 10 selon la figure 3 et en laissant opérer l'anode de transition 4 pendant une durée convenablement choisie, obtenir l'onde de tension désirée d'une manière très simple sans utiliser une valve spéciale comme on peut le voir dans le diagramme de temps de la figure 4. La partie supérieure de ce diagramme indique le courant du condensateur, et la partie en dessous indique la
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tension de la borne inférieure par rapport à celui du dessus.
La borne inférieure du condensateur a une tension positive e7+ à l'instant que l'anode de transition est libérée. Si on fait abstraction de la période de superposition de l'action entre l'anode relevée et l'anode de transition, le condensateur commence à se charger avec un courant i7 qui forme la différence entre le courant de charge, maintenu à une valeur presque constante par l'inductance d'égalisation 14, et le courant à travers l'inductance 10 qui est aussi maintenu essentiellement constant. On fait maintenant, par un réglage convenable de la tension de grille de l'anode principale relevante, la période de décharge tu du condensateur si longue que la borne inférieure obtient une tension négative en¯ , la valeur numérique de laquelle dépasse un peu la valeur primitive de la tension e7+, en considération des pertes.
Ensuite, l'anode principale relevante prend le courant,de façon que l'anode de transition ne retienne aucun courant.
L'inductance 10, branchée en parallèle avec le condensa- teur, est supposée être si grande que le courant qui la traverse ne peut pas se modifier d'une valeur notable pendant une période. Elle est tout le temps traversée d'un courant dirigé vers l'anode de transition et d'une valeur égale à i10.
Pendant le temps tu , le courant dans l'anode de transition devient égal à la somme du courant dans l'inductance et du courant de décharge i7 du condensateur. Quand l'anode de transition est éteinte, le courant à travers l'inductance est forcé de prendre le chemin détourné à travers le condensateur et charge donc celui-ci avec une tension positive sur la borne inférieure, ainsi rétablissant l'état primitif.
Au lieu de brancher la borne de l'inductance la,qui se trouve la plus éloignée de l'anode de transition, directement à l'autre borne du concensateur 7,ou alors au point neutre du
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transformateur, comme indiqué dans la figure 3, on peut la relier à un point ayant un potentiel supérieur, par quoi la valeur moyenne de la tension du condensateur représentée dans la figure 4 devient plus haute, c'est-à-dire qu'il n'est pas nécessaire que l'anode de transition prenne un potentiel négatif aussi haut, mais elle peut même,dans certainscas,con- server une valeur positive.
Dans le cas spécial d'un convertisseur polyphasé travaillant avec un faible réglage, il n' est en général pas nécessaire pour la commutation que l'anode de transition prenne une valeur de potentiel négative, et,, dans ce cas, il est désirable que celle-ci ne soit pas obligée de prendre une telle valeur de tension seulement pour la charge de sa source de courant. On peut dire généralement que si la décharge de l'anode de transition est poussée si loin que son potentiel moyen devient légèrement inférieur au potentiel moyen de la borne de l'inductance de charge la plus éloignée de l'anode de transition, une source spéciale de courant ou une valve ionique n'est pas nécessaire pour la charge parce qu'elle a lieu spontanément.
Le point de branchement de la borne de l'inductance la plus éloignée peut être la cathode même ou un point entre ce dernier et le point neutre du transformateur, si un tel point est accessible.
Pour interrompre la décharge au bon moment,on peut éventuellement faire la tension de la grille de l'anode principale relevante directement dépendante du potentiel de l'anode de transition par exemple en inversant la tension du condensateur à l'aide d'un transformateur et en appliquant aux grilles cette tension superposée sur un potentiel fondamental convenable .
Pour charger le condensateur 7 de l'anode de transition sans l'aide d'une valve ionique spéciale, on peut aussi utiliser le dispositif de montage du condensateur indiqué dans la
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figure 5, qui a aussi l'avantage qu'il peut être utilisé pour la commutation indépendante de deux groupes de redresseurs reliés par un transformateur de succion et qui a donc été représenté-, en une telle application. Le redresseur est supposé être branché à un réseau de courant alternatif triphasé et ce redresseur est divisé en deux groupes triphasés avec les points neutres indépendants reliés par un transformateur de succion 40.
Deux anodes de transition 43,44 sont reliée par l'intermédiaire des enroulements de transformateur 41, 42 aux deux points neutres des groupes triphasés, et un troisième enroulement 45 du même transformateur est branché au condensateur 7.. Les courants dans les deux anodes de transition chargent et déchargent le condensateur dans les deux sens et ainsi une inductance spéciale n'est pas nécessaire pour la recharge de celui-ci.'Le condensateur peut aussi être divisé en deux condensateurs qui peuvent,dans ce cas,être directement branchés aux deux enroulements du transformateur. Par le branchement à travers un transformateur il est cependant possible de choisir la tension du condensateur indépendant de la tension du convertisseur.
Ce branchement permet mais ne nécessite pas d'employer deux points neutres, parce que les deux enroulements 41 et 42 peuvent aussi être branchés au même point neutre.
Les deux dispositifs d'alimentation de l'anode de transition qui sont représentés dans les figures 3 et 5 sont aussi bien utilisables pour des inverseurs et des convertisseurs de fréquence que pour des redresseurs. Ils fonctionnent d' une manière satisfaisante,tant que le convertisseur de courant travaille stabilement mais leur fonctionnement peut faillir lors d'une discontinuité de l'amorçage. Un dispositif qui est indépendant dtune telle condition est représenté dans la figure 6.
Ce dispositif est élaboré pour un redresseur et cor-
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respond, quand il s'agit d'un onduleur, au dispositif représenté dans la figure 4 du brevet français 758.123, La diffé- rence de cette figure est que l'anode de la valve de blocage est reliée à la cathode qui, dans un redresseur, a une ten- sion positive par rapport au point neutre du transformateur, et généralement entre l'inductance d'égalisation et la oa- thode. La borne inférieure du condensateur est chargée posi- tivement par la cathode quand la valve de blocage 12 est libérée et,par l'inductance la,cette charge est augmentée à une valeur plus haute que la tension continue constante. Quand l'anode de transition est libérée, le condensateur est dé- chargé à travers celle-là.
La modification du dispositif de la figure 4 dans le brevet français 758.123,qui y est repré- sentéedans la figure 5 et qui contient l'incorporation de la valve de blocage dans la cuve du redresseur principal en combinaison avec le couplage du condensateur à l'anode de tran- sition par un transformateur, peut naturellement être appli- quée d'une manière analogue à la réalisation maintenant décri- te.
La figure 7 représente un autre dispositif pour un con- vertisseur avec plusieurs points neutres reliés par un transformateur de succion convenablement disposé pour un redres- seur, mais il peut aussi être utilisé pour un inverseur. Il y a, comme dans la figure 5,deux groupes triphasés, reliés par un transformateur de succion 40 et entre le point neutre du dernier et la cathode sont reliées la charge de courant continu 1 et l'inductance d'égalisation 14. Le transformateur de succion est muni de deux enroulements secondaires 47, 48 qui sont reliés entre la borne positive du condensateur 7 et les anodes de transition 43 ou 44, tandis que la borne négative du condensateur est directement reliée au point neutre du transformateur de succion.
Ici la charge du condensateur s'ob-
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tient par l'intermédiaire d'un circuit spécial avec une valve 12 et une inductance 10, comme dans la figure 6, cette charge se produisant six fois par période. En comparant la figure 5 avec le dispositif de la figure 7, ce dernier a l'avantage que, pour une asymétrie éventuelle entre les deux circuits triphasés, aucune excitation superposée à oourant continu ne se produira dans les enroulements 47 et 48. Si ce montage est utilisé pour un convertisseur divisé en trois groupes dipha- sés, reliés par un transformateur triphasé de succion, le courant dans le condensateur aura 2/3 de la valeur qu'il avait dans le dispositif déjà décrit, d'où l'intérêt d'utili- ser ce dispositif.
.Enfin,la figure 8 représente un exemple d'application de l'invention à un convertisseur de fréquence. Avec un tel convertisseur,on peut toujours différencier deux opérations de commutation, c'est-à-dire celle qui est en cadence avec la fréquenoe du courant alternatif primaire et qui peut être considérée comme l'action d'un redresseur, quoique le courant continu s'écoule seulement entre la cathode et le point neutre du transformateur et généralement à travers une inductance @ 58, et celle qui se produit en cadence avec le courant alter- natif secondaire et qu'on peut comparer à l'opération d'un simple onduleur.
La dernière commutation peut être réalisée soit par l'anode de transition selon la figure 7 du brevet français 758.123, qui est analogue à celle maintenant décrite concernant le montage général, soit,de la manière ici repré- sentée,par oompensation de phase ou par un circuit oscillant du côté de la charge, représenté comme un condensateur 50 et une inductance 51. D'ailleurs,les différents détails sont désignés de la même manière que dans la figure 7 du brevet français 758.123, c'est-à-dire 31 pour le primaire et 32 pour le secondaire du transformateur principal, 2 pour le circuit
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de charge, 35 pour les anodes de travail et 13 pour la catho- decommune.
Selon la présente invention,la commutation primaire ( du courant continu ) est produiteà l'aide d'une paire d' anodes de transition 53, 54,par lesquelles les condensateurs 55, 56 sont déchargés. Ceux-ci peuvent être chargés par l'ap- plication d'un potentiel commun, dérivé d'une manière décrite ci-dessus, ce potentiel étant appliqué au milieu de l'induc- tance 57, qui relie les condonesteurs du côté des anodes. De cette façon,le convertisseur peut travailler comme compensa- teur de phase sur le réseau primaire du courant alternatif.
REVENDICATIONS.
1.) Valve ionique pour la conversion de courant alter- natif en courant continu, dans laquelle le potentiel de l' anode relevante est inférieur à celui de l'anode relevée, caractérisée par une anode auxiliaire de transition qui,pour la translation du courant d'une direction ou phase à une au- tre, est mise sous une tension telle par rapport à l'anode fonctionnante préalablement qu'elle se charge du courant, et dont la tension est ensuite modifiée de façon à transférer le courant à une autre anode principale.