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" Commande 'des contacts de convertisseurs à contact ".
L'invention se rapporte à des convertisseurs à contact et en particulier à ceux dans lesquels, pour réaliser une commuta- tion exempte d'étincelles, en série avec les contacts sont oon- nectées des réactances de couplage, c'est-à-dire des réactances qui se saturent pour une très faible valeur du courant qui les traverse, jet montrent une caractéristique magnétique avec un coude très accentué. Dans les convertisseurs à contact pour cou- rant fort qui renferment plusieurs contacts de connexion, il est usuel d'actionner de façon imposée tous les contacts dans
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un ordre prescrit au moins à la fermeture, au moyen d'un organe de commande commun, le moteur d'entraînement étant généralement un moteur synchrone.
Dans ce mode de commande, les instants des fermetures des différents contacts se suivent les uns les autres à des intervalles fixes donnés par le nombre de phases et le schéma du convertisseur. Pour l'observation des conditions d'une commutation irréprochable, il est nécessaire que les instants des fermetures des différents contacts possèdent une position absolument fixe par rapport à l'intersection de la courbe de tension de la phase correspondante avec la courbe de tension de la phase précédente ou suivante.
Avec la commande des contacts mentionnée, au moyen d'un organe d'entraînement commun, par ex- emple un excentrique ou un arbre à cames, cette condition est satisfaite tant que le système des tensions de la source de cou- rant alternatif ou du réseau triphasé relié au convertisseur à contact est complètement symétrique.
Inversement, s'il survient dans ce système de tensions des disymétries, par exemple dans le cas où les diverses tensions de phases prennent des valeurs de crête différentes, alors les intersections entre les courbes de tension se déplacent également, et le danger se présente que pour un intervalle restant fixe des divers instants de fermeture entre eux, il se produise des déplacements,des instants de fer- meture par rapport aux intersections des tensions de phase, dé- placements qui troublent la commutation.
Sur la figure 1 sont portées, pour l'éclaircissement de ces circonstances deux tensions e1 et d2 d'un système triphasé, lesquelles, lors d'une symétrie totale, se coupent à l'instant t1. Avec réglage complet et pour fonction ement en redresseur, l'instant de fermeture du contact relatif .
la tension e doit coïncider avec l'instant t1.Or, si pour une cause quelconque, la tension e2 est plus petite que el de orte qu'elle corres- ponde par exemple à la courbe e2,, l'intersection se déplace
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vers t2.Si, comme c'est le cas pour des Intervalles fixes entre les instants des fermetures, l'instant de la fermeture du contact relatif à la tension e2 reste en t1, cet instant se trouve maintenant précéder l'instant de l'égalité de tension réelle entre les deux phases qui se succèdent, et la tension de commutation se produit, au moins passagèrement, à contre- sens.
Ce fait a pour conséquence, comme on-peut le démontrer, un abaissement de la limite de décrochage et par suite de la capacité de surcharge du convertisseur à contact Cet inconvénient est éliminé, selon l'invention, du fait que chaque contact est actionné pour son compte par la tension de la phase reliée au contact et de la phase précédente, ainsi que par les tensions proportionnelles à ces tensions de phase, de telle sorte que,.pour fixer la position de l'instant de la fermeture, o'est toujours l'intersection réelle des deux cour- bes de tension qui joue le rôle décisif, indépendamment des dissymétries de tension survenant dans le réseau. L'invention permet ainsi de faire la transition d'une manoeuvre rigide à une fermeture élastique des contacts.
Le contact est commandé par les tensions pilotes elles-mémes et est fermé dans le cas du réglage complet, aussitôt que les deux tensions el et e2 sont précisément égales. Cette condition aboutit à ce que le dispositif d'enclenchement pour le contact dépend de la tension , composée entre les deux phases de telle sorte que l'enclenche- ment se produit à l'instant du passage de cette tension par zé- ro.
Même pour le fonctionnement avec équipement partiel, la po- sition de l'instant de l'égalité de tension entre les deux ten- sions de phase joue le rôle décisif, pour l'instant de l'enolen- chement; car le réglage partiel est caractérisé par le fait que l'instant de la fermeture du contact est déphasé, suivant le genre de service, d'un certain angle électrique en avant par rapport à l'instant de l'égalité de tension. Même pour le service
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avec réglage partiel, l'invention est par suite d'une importance essentielle, car elle considère l'instant effectif de l'égalité des tensions et non pas seulement l'instant dans lequel les ten- sions successives se coupent avec une complète symétrie.
Pour réaliser le service avec réglage partiel, il est seulement né- aessaire de retarder l'action des tensions sur la fermeture des contacts chaque fois d'un intervalle de temps déterminé. Cela peut arriver par exemple, si entre les organes, d'enclenchement des contacts et le réseau triphasé, on intorcale un régulateur d'induotion qui, du côté secondaire fournit un système de ten- sions qui représente, en ce qui concerne les grandeurs, une ima- ge fidèle du système des tensions du réseau, mais qui néanmoins, peut subir par rapport à ce dernier une rotation en ce qui con- cerne les phases.
L'ouverture des contacts se fait avantageusement de même sous l'influence des grandeurs électriques effeativement exis- tantes et décisives à cet égard, et cela, comme il a déjà été proposé, en ce que chaque contact s'ouvre Indépendamment des autres contacts, à l'instant où le courant y est arrivé à zéro, ou est tombé au dessous d'un minimum fixé à l'avanoe. Dans le cas de la commande rigide des contacts décrite plus haut, entre l'instant de la fermeture et celui de ltouverture des contacts, il existe un intervalle fixe, qui n'est pas rationnel du fait que la durée du passage du courant dans le contact est plus grande ou plus petite suivant la charge.
Comme en général il est demandé que le convertisseur à contacts ait une commutation irréprochable aussi bien à vide qu'à pleine charge ou même en surcharge, on doit dans ce cas, pour autant qu'il existe des réaotanoes de couplage, dimensionner ces dernières de sorte que l'étage à courant réduit créé par elles ait une grandeur corres- pondante dans les environs du passage du courant par zéro. Mais cela conduit à la nécessité d'un dimensionneoment surabondant
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des réactances de couplage, et ainsi, dans certaines oiroon- stances à une élévation considérable du prix de l'ensemble du oonvertisseur, Par l'ouverture automatique du contact en dépen- dance du courant, cet inconvénient est évité.
De même que, l'on peut provoquer la fermeture du contact au moyen de bobines magnétiques excitées par les tensions pi- lotes, on peut également exécuter la réouverture dépendant du oourant au moyen de'bobines magnétiques excitées par le oourant.
Il est avantageux de faire agir sur l'appareillage d'ouverture , du contact, non seulement le courant du contact correspondant lui-même, mais aussi le courant du contact suivant, lequel, à l'instant du passage du courant par zéro dans le contact à ou- vrir, atteint la pleine valeur du oourant continu. De cette fa- çon, à l'instant du passage du courant par zéro,il reste, pour le contact correspondant une force disponible, laquelle peut être utilisée pour provoquer l'ouverture en dépit, d'une force quelconque tendant à maintenir à l'état fermé le contact oorres - pondant,
La figure 2 montre un'exemple d'exécution de l'invention.
Les contacts sont établis sous forme de contacts oscillants qui sont fermés dans leur position de repos. Chaque contact oomporte un bras 5 oscillant autour d'un axe figuré à gauche, lequel, en dehors des plots de,oontact 9 porte deux armatures : l'arma- ture 6 qui est polarisée, et l'armature 10 qui est faite en fer doux, Les trois bras de contact sont reliés aux phases U, V, W, du transformateur principal, au point neutre duquel est relié le premier conducteur à oourant oontinu 3. Les parties fixes des couples de oontaots 9 sont reliées aux deuxième conducteur à oourant oontinu 4.
Sur l'armature polarisée 6 agissent deux bobines de tension 7 et 8, qui sont alimentées par un transfor- mateur auxiliaire 2 raccordé au même réseau triphasé que le transformateur prinoipal 1, :la bobine 7 étant reliée à la phase
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U' , la bobine 8 à la phase W' du transformateur auxiliaire 2 qui la précède dans l'ordre des phases, Sur l'armature du fer doux 10 agit dans le sens de l'ouverture du contact une bobine 11, dans le circuit électrique de laquelle se trouvent une sour- ce auxiliaire de tension 12 et un relais à contact de repos 13.
Ces détails d'équipement ne sont figurés exactement que pour le contact de la phase U, tandis que pour les phases V et W où ils se répètent logiquement, on les a supprimés pour la simplicité. Le relais 13 est constitué en relais différentiel aveo bobines d'excitation 14 et 15 agissant en opposition; ces bobines étant excitées respectivement par des courants propor- tionnels au oourant de phase JU pour la bobine 14, et au cou- rant de phase JW pour la bobine 15.
Le mode d'action du montage sera d'abord expliqué de plus près pour le cas du réglage complet à l'aide de la figure 3.
Sur la figure 3a sont portées les oourbes des tensions de phase U, V, W, du transformateur principal, tandis que la figure 3b donne les oourants correspondants. Le réglage complet en service à courant continu suppose que la fermeture du contact se fait exactement à l'instant de l'égalité de tension.' Cela est réalisé, dans l'exemple d'exécution, quand le système des tensions U', V', W' du transformateur auxiliaire 2 est en phase avec le sys- tème des tensions U, V, W du transformateur principal 1. Sur l'armature polarisée 6 du support des contacts, agit la diffé- rence entre la tension U' et la tension W'.
La polarité de l'ar- mature est choisie de telle sorte que l'armature et par suite le bras de contact soit attiré vers le haut aussi longtemps que la tension W' est plus grande que la tension U' . Ainsi, à l'in- stant où se coupent les courbes de ces deux tensions, qui, par hypothèse sont en phase avec les tensions U et V du transforma- teur principal 1, soit, dans la figure 3 à l'instant A, le bras de contact retombe et ferme le couple de contacts 9. A partir
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-de cet instant, jusqu'à l'instant C, la force exercée par les bobines de tension 7 et,8¯est dirigée de telle sorte qu'elle maintient fermé le .couple de contacts 9.
A l'instant A où le couple de contacts 9 se ferme, le courant de,phase JUcommence à passer. Sous l'action des réao- tances de couplage il croit d'abord très lentement, croît en- suite pendant peu de temps très rapidement jusqu'à environ la pleine valeur ,du courant continu, pour enfin atteindre exacte- ment, après un nouvel intervalle,de croissance lente la pleine valeur du courant continu. Le relais 13 était déjà auparavant excité par la mise,en liaison de la bobine 15 à une résistance insérée dans la phase W, et par suite ouvert. Le courant JW dé- croît dans la même mesure que le courant JU croit, de sorte que le relais reste ultérieurement ouvert.
Aussitôt que le courant JU a atteint sa pleine valeur, le courant JW a été ramené à zéro, de sorte que le relais '13.ne peut plus être maintenu à l'état ouvert que par ,le courant JU.
A l'instant B ( figure .Sa ) le contact de la phase sui- vante V est fermé de la même'façon antérieurement décrite pour la phase U, de sorte qu'elle commence maintenant à recevoir le courant. Dans la même mesure que le courant JV croit dans la phase V, le courant JU décroît dans la phase U, jusqu'à ce qu' enfin pour une valeur proche de zéro le relais 13 tombe et met sous tension la bobine d'excitation 11. Celle-ci provoque alors, en opposition aux forces de maintien encore exercées par les bobines 7 et 8, l'ouverture du couple de contacts 9, de sorte qu'ainsi effectivement.l'ouverture du contact se fait pratique- ment sans courant.
Le contact est tout d'abord maintenu en po- sition ouverte par -la bobine ,11 à partir de l'instant C, mais aussi par les bobines 7 et 8, car entre temps la différence entre les tensions, de phase U' et W' s'est inversée. Le relais 13 peut ainsi être de nouveau ouvert, sans que le contact 9 soit
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d'abord refermé. Une telle ouverture du relais 13 se produit effectivement par le fait que, à l'instant D, le courant JW recommence à passer. Elle est nécessaire pour que le processus de fermeture puisse s'opérer exclusivement sous l'action des bobines de tension 7 et 8. A l'instant A' la série d'aotions décrite commence à se répéter, en ce que l'action de maintien des bobines 7 et 8 cesse, et libère une force agissant dans le sens de la fermeture.
La source de tension auxiliaire 12 peut, en soi, être constituée de façon quelconque, il est toutefois avantageux d'utiliser à cet effet un redresseur sec alimenté par le même réseau que le transformateur auxiliaire 2 pour ob- tenir de cette façon que le courant de la bobine 11 varie, en cas de variation dans la tension du réseau, dans la même mesure que le courant des bobines 7 et 8.
Dans le cas du réglage partiel, on obtient les conditions représentées sur la figure 4. Les tensions U' V' et W' ( figure 4c ) sont alors déphasées par rapport aux tensions U, V, W de l'angle Ó . Commela variation des courants JU,JV, JW ( figure 4b) en fonction du temps dépend exclusivement des in- stants de fermeture des contacts, et ainsi des tensions du trans- formateur auxiliaire 2, on obtient, en ce qui concerne les for- ces électromagnétiques exercées sur les armatures des bras de contact, exactement les mêmes conditions que pour le réglage complet. Mais, par rapport aux tensions principales U, V, W il se produit, comme le représente la figure 4a, un retard dans le temps du passage de la tension redressée d'une phase à la phase immédiatement suivante, ce qui aboutit à une diminution de la tension moyenne redressée.
Le déphasage mentionné des tensions U' , V', W' par rapport aux tensions U, 7 W, peut être atteint facilement en établissant le transformateur 2 sous forme de ré- gulateur d'induction.
Chaque contact sera avantageusement établi avec ses bobines
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d'excitation sous forme d'imité constructive, de sorte qu'en partant de plusieurs éléments de ce genre. on.puisse constituer tout montage quelconque de,redresseur. Il est également possi- ble sans plus, d'inclure dans cet élément constructif les réac- tanoes de couplage connectées en série aveo chaque contact.
Les bras oscillants qui portent les contacts mobiles, peuvent être constitués par-des ressorts à lame, et les contacts fixes peuvent également être un peu flexibles. L'aimantation préalable des bobines de tension et de courant permet d'agir sur le fonc- tionnement du convertisseur à contacts, et 'd'obtenir une adapta- tion à des conditions fixées. La construction déorite du aonver- tisseur à contacts est adaptée, non seulement comme redresseur alternatif-continu, mais aussi comme convertisseur oontinu-al- ternatif, et convertisseur de fréquence. Dans ce dernier cas, pour la production d'une tension alternative il est seulement nécessaire de déphaser la phase des tensions fournies par le transformateur auxiliaire au rythme de la fréquence seoondaire désirée.
Dans ces conditions la nouvelle commande des contacts est particulièrement appropriée au couplage asynchrone des deux réseaux à courant alternatifs. Comme on l'a déjà mentionné au début, les deux bobines reliées à des tensions de phases diffé- rentes peuvent également être remplaoées par une bobine unique, qui doit alors être reliée à la tension,composée correspondante.