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EMI1.1
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"Dispositif pour l'accouplement de deux réseaux à courant alternatif"
Lorsque des réseaux à courant alternatif de fréquences différentes sont accouplés à l'aide de mutateurs à commande par grilles, il faut qu'un élément de mutateur qui relie une phase de l'un des réseaux, I, à une phase de l'autre réseau, II, ne soit libéré par la commande par grilles que lorsque les deux réseaux ont l'un,par rapport à l'autre une position de phase déterminée, c'est-à-dire que ce, n'est qu'à un tel moment que la grille doit recevoir des impulsions positives dé commande. Il a déjà été proposé de produire une tension de commande par grilles
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satisfaisant à cette condition par l'addition de deux composan- tes de tension dont l'une est empruntée au réseau 1 et l'autre au réseau II.
Il en résulte toutefois l'inconvénient qu'il faut élevée ' choisir relativement/la tension négative préalable de grille pour que la tension de commande résultante ne puisse devenir positive que lorsque tant la composante àe tension de grille provenant du réseau 1 que celle provenant du réseau II sont simultanément posi- tives.
Cela conduit à des pointes de tension sur la grille rela- tivement élevées, pointes qui peuvent donner lieu à des ratés d'allumage. L'emploi, pour la production des tendions de commande par grilles, d'un dispositif avec des transducteurs (amplifica- teurs électromagnétiques) pose, en particulier avec l'utilisation de tensions auxiliaires à fréquence moyenne, des exigences très élevées pour la qualité du fer en ce qui concerne la courbe de magnétisation dans le domaine de la saturation, parce qu'autre- ment, avec la fréquence élevée de la tension auxiliaire, le fer s'échaufferait par trop.
L'objet de la présente invention est un dispositif pour l'accouplement, à l'aide de mutateurs commandés par grilles, de deux réseaux à courant alternatif de fréquences différentes, dont l'une peut être variable, dispositif dans lequel les inconvénients décrits sont supprimés du fait que, suivant l'invention, les impul- sions de courant venant du réseau I sont amenées à un groupe de soupapes auxiliaires divisé en nous-groupes et adjoint au réseau
II, lequel groupe ne laisse passer les impulsions émanant du réseau
I que tant que ledit groupe est parcouru par une il..pulsion positive de courant émanée du réseau II.
Le dispositif peut être utilisé d'une manière générale pour le couplage de réseaux mono ou polyphasés, mais de plus en parti- culier pour la commande d'un moteur à mutateur, c'est-à-dire d'un moteur du type synchrone, lequel, pour arriver à une vitesse indé- pendante de la fréquence du réseau, est raccordé au réseau d'ali-
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mentation par l'intermédiaire d'un dispositif de couplage- de réseaux.
Au dessin annexé sont représentés schématiquement, aux figs. 1 à 6, des exemples de réalisation de la présente invention.
Les figs.. 1a à 1c et 4a à 4c. sont des diagrammes.
La formation des impulsions de tension de commande suivant la présente invention est représentée dans le schéma de la fig. 1 pour le couplage de deux réseaux monophasés. A la fig. 1, 1 et II désignent deux réseaux monophasés à,fréquence industrielle accou- plés par l'intermédiaire de mutateurs monoanodiques 1 commandés par grilles. La fréquence du réseau 1 est par'exemple de 50 pé- riodes par seconde, celle du réseau II,, par exemple de 40 périodes/ seconde.. 4a, 4b sont des appareils auxiliaires de construction connue pour produire une tension auxiliaire E'(fig. la) laquelle, par rapport à la tension du réseau I, possède une forme de courbe aussi rectangulaire que possible et une position de phase réglable.
Le réseau II fournit, par l'intermédiaire du transformateur 5 et du groupe de soupapes auxiliaires 6. des impulsions de courant ayant la forme de la courbe J (fig. 1b) sur la résistance de char- ge 7. Le groupe de soupapes auxiliaires consiste en un certain nombre de sous-groupes 6a à 6d avec chacun deux circuits parallè- les de blocage comprenant chacun deux soupapes montées en opposi- tion. Dans le sous-groupe 6a, fig. 1, le circuit de blocage su- périeur est caractérisé par les points A B D et le circuit de blo- cage inférieur par les points A C B. Il est supposé que la "ten- sion longitudinale" fournie par le transformateur 5 et agissant sur les sous-groupes 6a à 6d est un multiple de la "tension trans- versale" fournie par l'un des appareils auxiliaires 4a, 4b.
Dans ces conditions, une tension apparaissant aux points G, H, des appareils auxiliaires 4a, 4b et dépendant du côté du réseau I ne peut fournir une impulsion de courant par l'intermédiaire de l'en- roulement primaire d'un des transformateurs de grilles 3a, 3b etc...
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que si en même temps, par l'intermédiaire du transformateur 5, une impulsion de courant dépendant du réseau II passe par le sous- groupe intéressé 6a etc... Durant la période de blocage des sous- groupes par rapport au transformateur 5 et au rébeau II, le cir- cuit venant du côté du réseau 1 et passant par le transformateur de grilles 3a, etc, ,reste également bloqué, c'est-à-dire que chaque sous-groupe agit comme un interrupteur synchrone commandé par le réseau II.
La figure 1c montre l'allure de la tension de grille agissant dans les transformateurs de grille.-, 3a, etc... pour la. commande de grilles des mutateurs monoanodiques 1 qui re- çoivent de la source de tension la tension initiale négative.
A la fig. 1c, x désigne cette tension initiale négative, et y représente le point d'allumage.
Le dispositif fonctionne également lorsque, par exemple, dans le circuit de blocage supérieur ADB de 6a (fig.l) les deux soupapes montées en opposition sont remplacées par une bobine de self 8 avec prise médiane, de sorte que les sous-groupes 6a et 6b représentés à la fig. 1 prennent la forme indiquée à la fig. 2. Comme la bobine de self 8 ne représente un circuit de blocage que pour du courant alternatif, ce dispositif ne fonctionne qu'à la condition que la tension fournie par le réseau 1 par l'intermédiaire de l'ap- pareil auxiliaire 4a, 4b soit une tension alternative pure sans composante de tension continue.
L'amplitude du courant a moduler produit par cette tension peut tout au plus devenir égale à la moitié de la valeur instantanée du courant io qui, venant du ré- seau II, traverse le groupe 6 de soupapes auxiliaires, tandis que dans la disposition suivant la fig. 1, des courants continus peu- vent également sans autre difficulté être modulés jusqu'à la valeur maximum instantanée du courant io .
On peut enfin monter en parallèle avec la bobine de self 8 (fig. 2) un condensateur 9 servant à fournir le courant magnétisant
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de la self. Les impulsions de courant arrivant du réseau 1 par l'un ou l'autre des appareils auxiliaires 4a, 4b (fig. 1) peuvent aussi être transmises par voie inductive aux sous-groupes, comme le montre le transformateur 12 dans l'exemple de la fig. 3.
La Fig. 4 montre l'application de l'invention à la commande d'un moteur à mutateur où la fréquence du réseau représenté par le moteur varie fortement. A la fig. 4 les mêmes repères servent à désigner les éléments ayant la même fonction qu'à la fig. 1. Le réseau à fréquence variable constitué par les bornes du moteur synchrone 10 est désigné comme réseau I et le réseau d'alimenta- tion, comme réseau II. Eu égard à la fréquence variable du réseau I, qui est conditionnée par la vitesse variable du moteur et qui, lors du démarrage, est même égale à zéro, il est nécessaire dans ce cas de convertir les impulsions de commande venant du réseau I en une tension auxiliaire à fréquence relativement élevée d'envi- ron 10.000 périodes seconde, afin qu'elles puissent être transfor- mées dans le transformateur de grilles 3a.
Cette tension auxiliai- re à haute fréquence est fournie par une génératrice auxiliaire 11 et sa modulation avec la fréquence du moteur s'effectue au moyen d'un distributeur 4 agissant comme transformateur et entraîné par le moteur synchrone 10 relié au réseau I.
Les impulsions de courant produites par le distributeur 4 consistent donc en un courant alternatif d'une fréquence moyenne d'environ lO.OOOpér/sec., modulé avec la fréquence du réseau I.
Le réseau I fournit les impulsions de tension de commande E, fig.4a, et les sous-groupes 6 chargés par le réseau II ne laissent passer ae ces impulsions fournies par le réseau I que les parties utili- sables pour la commande par grilles.
La figure 4b montre une impulsion de courant J, provenant du réseau II, et la fig. 4c., la tension de commande par grilles résul- tant, dans le couplage de la fig. 4, des courbes 4a et 4b.
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Les sous-groupes du groupe de soupapes auxiliaires peuvent, suivant la durée d'allumage désirée des anodes, se combiner ensem- ble en un couplage de redresseurs polyphasé d'un nombre de phases correspondant. Au lieu du couplage étoile adopté pour la fig. 4, on peut choisir un montage de Graetz suivant la fig. 5 ou un mon- tage en opposition (Pushpull). Le montage trois par trois en sé- rie de sous-groupes suivant fig. 4 et 5 est avantageux en parti- culier pour la commande de mutateurs triphasés-triphasés.
L'avan- tage du montage en série consiste en ce que sur les sous-groupes montés en série il n'y en a jamais qu'un qui soit en même temps raccordé à une tension transversale, ce qui a pour conséquence que les tensions longitudinales appliquées aux sous-groupes qui à un instant donné, ne sont pas reliés à une tension transversale, aident a diminuer la réaction de la tension transversale sur le courantcontinu qui traverse la résistance 7 (fig. 5), de sorte que la tension fournie par le réseau II par l'intermédiaire du transformateur 5 est utilisée au mieux et n'a pas besoin d'être choisie trop élevée.
La fige 6 montre enfin un exemple de réalisation d'un moteur à mutateur avec mutateur triphasé-triphasé, dans lequel le réseau I est remplacé par un moteur 12 du type synchrone comme on peut en utiliser, par exemple, pour la commande d'un laminoir réversible.
L'arbre du moteur 12 entraîne deux distributeurs 4a, 4b qui ser- vent a la production de l'impulsion de courant de commande. Les mêmesrepères serventici encore à désigner les mêmes éléments que dans les figs. 1, 4 et 5. La fonction des divers éléments est également la même que celle décrite pour le montage suivant figs. 4 et 5. Du fait que dans l'exemple suivant la fig. 6, il est prévu deux distributeurs, il est possible de faire tourner le moteur dans les deux sens à n'importe quelle vitesse le moteur pouvant aussi faire fonction de frein et restituer de la puissance au réseau. Si
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le moteur ne devait travailler que dans un seul sens sans freinage, il suffirait d'un seul distributeur (4a par exemple).
Le distri- buteur 4a fournit les impulsions de tension de commande pour un couple positif du moteur et le distributeur 4b fournit ces impul- sions pour un couple négatif. Leurs enroulements secondaires sont montés en- série. Les distributeurs 4a et 4b ne travaillent jamais simultanément. L'enroulement primaire de celui des distributeurs qui ne travaille pas à un instant donné est courtcircuité par un contact du relais 21.
La conversion de la fréquence consiste essentiellement en ce que par exemple le courant alternatif débité par le réseau II est tout d'abord redressé dans un mutateur courant alternatif-courant continu et qu'ensuite le courant continu est transformé dans un mutateur courant continu-courant alternatif en une puissance de courant alternatif à la fréquence du réseau I. Le montage du moteur à mutateur suivant la fig. 6 diffère de ce montage de prin- cipe idéal en ce que le système courant alternatif-courant continu est combiné avec le système courant continu-courant alternatif de telle sorte que la conversion de la fréquence s'effectue sans trans- formation préalable de. la puissance en courant continu ; dèslors la tension continue n'apparaît plus nulle part directement.
,Au cas d'une perturbation du mutateur dans le cas général du couplage de deux réseaux I, II, par exemple lors d'un courtcircuit dans le mutateur, il est avantageux de régler les points d'allumage de toutes les anodes à l'aide de la commande par grilles de façon telle que le mutateur 1 passe à la marche en ,onduleur par rapport tant au réseau I qu'au réseau II.
Pour l'exemple, représenté'à la fig. 6, de la commande d'un laminoir réversible par un moteur à mutateur 12 à marche réversible et avec possibilité de récupération, il s'est par contre révélé nécessaire de n'inverser en cas de court-circuit les points d'allu-
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mage des anodes du mutateur 1 par rapport au réseau I pour le faire marcher en onduleur que si, par rapport à ce réseau, il fonctionnait auparavant comme redresseur. En effet, aans les cas où, avant la perturbation, ce mutateur travaillait déjà, par rap- port au réseau I, en onduleur, cette inversion de marche n'est non seulement pas nécessaire, mais elle amènerait même une fausse position du 'point d'allumage et, de ce fait, de nouvelles pertur- bations.
Par contre, les points d'allumage des anodes du mutateur 1 par rapport au réseau II sont toujours à mettre sur la marche en onduleur, quel qu'ait été l'état de marche antérieur.
Pour pouvoir effectuer cette commande des grilles, il est prévu, outre le relais de grille 16 avec les contacts d'inversion 16a, 16b alimenté à. partir des réseaux I, II par l'intermédiaire des transformateurs d'intensité 17, 18, un commutateur 19 actionné par l'arbre du moteur 12 et sensible au sens de rotation et en outre les relais 20, 21, 22 et le levier d'inversion de commande 23a, 23b.
Le levier d'inversion de commande se compose de deux parties mobiles l'une par rapport à l'autre et qui sont reliées entre elles par une articulation et un ressort de façon telle que la position moyenne d'une partie par rapport à l'autre partie est instable, La partie extérieure 23a est accouplée mécaniquement aux rotors des régulateurs d'induction 14a, 14b, la partie inté- rieure 23b commande des contacts auxiliaires x, y. Le relais 20 n'attire son armature que lorsque le moteur 12 travaille en récu- pération, c'est-à-dire lorsqu'en freinant, il restitue de la puis- sance au réseau ou en d'autres termes, lorsque le sens du couple développé par le moteur et le sens de rotation dudit moteur sont opposés.
Le sens du couple moteur est déterminé par la position des parties 23a, 23b du levier d'inversion de commande l'une par rapport à l'autre, et il est transmis au relais 20 par les contacts x ou y , tandis que le sens de rotation est transmis.à l'aide du
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commutateur 19. Le relais 21 sert à inverser la position du point d'allumage par rapport au réseau I pour faire développer au moteur un couple positif ou négatif. Le relais 22 sert à in- verser la position du point d'allumage par rapport au réseau II pour faire développer au moteur un couple positif ou négatif.
L'appareillage de commande par grilles est branché sur le. ré- seau auxiliaire IIa qui est accouplé au réseau II par l'inter- médiaire du transformateur 5. 14c désigne un régulateur d'induc- tion. 13 est une bobine de self avec trois enroulements isolés entre eux,, lesquels sont mélangés symétriquement, (sandwichés) de façon que les enroulements possèdent entre eux la même induc- tance de fuites. Cette inductance de fuites limite le courant en cas de court-circuits.
Le dispositif fonctionne comme suit : Lorsque le laminoir réservible est au repos, tous les éléments prennent la position indiquée à la Fig. 5. Le levier d'inversion de com- mande 23a, 23b, servant au démarrage du moteur 12 se trouve encore dans la position de freinage pour marche arrière. Pour faire démarrer le moteur 12, on incline lentement le levier d'in- version de commande 23a, 23b à droite vers la position moyenne et au-delà de celle-ci. La partie extérieure 23a du levier d'in- version de commande accouplée aux rotors des régulateurs d'induc- tion 14a, 14b, suit alors le mouvement, de sorte que la tension continue fictive appartenant au réseau II se trouve relevée et que le moteur 12 démarre.
Les points d'allumage du mutateur 1 par rapport au réseau I sont réglés à angle constant pour une marche courant continu-courant alternatif. Le relais 20 reste dans sa position de repos représentée au dessin, parce que le circuit qui passe par la bobine du relais est ouvert par les contacts disposés sur le cummutateur de sens de marche 19. La marche correspond à la position de travail "avant" avec muta- teur fonctionnant comme redresseur par rapport au réseau II et comme onduleur par rapport au réseau I. Les relais 21, 22
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se trouvent également dans leur position de repos représentée au dessin. Le distributeur 4a et le régulateur d'induction 14a fonctionnent.
S'il s'agit d'inverser la marche du moteur 12, il faut ramener vers la gauche le levier d'inversion de commande 23a, 23b. La partie intérieure 23b. fait alors au début un mouvement relatif par rapport à 23a, les contacts en x s'ouvrent et les contacts auxiliaires y se ferment. La fermeture des contacts y entraîne celle de trois circuits: premièrement un circuit passant par le commutateur de sens de marche 19 pour aller à la bobine du relais 20, deuxièmement un circuit alimentant la bobine du relais 22 et troisièmement un circuit allant a la bobine du relais 21 par le contact intermediaire du relais 20 dont l'armature est actuel- lement attirée et le contact 16a du relais de grille 15.
Par le relais 22, la position du point d'allumage du mutateur 1 par rap- port au rsseau 11 est inversee pour la marche en onduleur, et le relais 21 met la commande sur le distributeur 4b, soit sur la marche en redresseur par rapport au reseau 1. En continuant à mouvoir vers la gauche le levier d'inversion 23a, 23b, la tension continue établie par rapport à la marche en onduleur du reseau Il est abaissée peu à peu vers zero et il est emprunté de l'énergie au moteur. A l'instant où la tension continue passe par zero, le sens de rotation du moteur 12 s'inverse. Le contact supérieur du commutateur de sens de marche 19 interrompt le circuit allant au relais 20 et celui-ci tombe dans la position de marche du moteur pour donner de la puissance.
Si l'on continue toujours a mouvoir le levier d'inversion 23a, 23b vers la gauche, la vitesse du mo- teur 12 dans le sens négatif se trouve augmentée, Si le sens de marche de ce moteur doit être changé, il faut ramener le levier d'inversion vers la droite; alors les phénomènes précédemment décrits se reproduisent dans l'ordre inverse.
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Si, par suite d'un raté d'allumage ou d'un allumage en re- tour, il survient une perturbation dans le mutateur, il se produit des surintensités dans les réseaux 1 et II. On utilise ces surin- tensites pour exciter, par l'intermédiaire des transformateurs d'intensité 17, 18, le relais de grilles lô, qui remet sur la mar- che en onduleur -les points d'allumage par rapport aux reseaux 1 et Il. De ce fait l'énergie présente dans la bobine de self 13 est évacuée dans les deux reseaux I et II.
Par rapport au réseau Il, le passage à la marche en onduleur se fait simplement en reportant, quel que soit l'état de marche antérieur, les conducteurs venant du réseau et amenant le courant à l'appareillage de commande par les contacts 16b du relais de grilles 16 du régulateur d'induction 14a ou 14b au régulateur d'induction 14c,dont la position de phase est ajustée une fois pour toutes pour une position d'allumage constante de marche en onduleur. Le changement de la position d'allumage par rapport au réseau 1 par le relais de grille 16 pour la marche en redresseur n'est pas si simple, parce que suivant le sens de rotation du moteur la position d'allumage, par rapport à la position du rotor, nécessaire pour la marche en onduleur, est differente.
C'est pour- quoi dans ce cas, lorsque les relais de grille 16 fonctionnent, le passage à la marche en onduleur ne s'effectue que si immédiatement auparavant, dans la marche en redresseur, le moteur agissait comme frein et cédait de l'énergie au système des mutateurs. Mais dans les autres cas, où déjà avant la perturbation le moteur était bran- ché pour la marche des mutateurs en onduleur et recevait de l'éner- gie du groupe des mutateurs, aucun changement du pôint d'allumage relativement au réseau I ne doit se faire lorsque le relais de grilles 16 fonctionne. Ces conditions sont satisfaites autornati- quement par les relais 20 et 21.
Le relais 2,0 n'attire son armature que si le moteur, travaillant comme frein, cède de l'énergie au groupe des mutateurs, c'est-à-dire si le sens de rotation accusé
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par le commutateur 19 et le sens, caractérisé par la position relative des parties 23a, 23b, du levier d'inversion, sont de signes opposés.
Une fois que le courant de court-circuit occasionné par la perturbation est amorti le relais de grille 16 revient avec retard dans sa position de repos et ramène l'installation de commande dans l'état où elle se trouvait avant la perturbation, et le service peut continuer.