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Montage redresseur polyphasé à tubes.
L'invention concerne un montage redresseur comportant des tubes redresseurs à atmosphère de gaz ou de vapeur comman- dés par une tension continue régulatrice commune qui est ap- pliquée aux organes de commande de ces tubes et à laquelle est superposée une tension alternative tandis que la source de ten- sion continue régulatrice est reliée, d'autre part, au point neutre du transformateur d'alimentation des redresseurs;
elle est caractérisée par le fait que, pour leur alimentation, les redresseurs sont reliés, les cathodes séparées, à un auto- transformateur d'une manière telle que chacune des cathodes se trouve par rapport au point neutre du transformateur, pratique- ment à la même tension alternative et qu'à chacun des organes de commande des redresseurs s'applique une tension alternative de compensation combinée avec la tension continue régulatrice
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et cette tension alternative superposée, dite tension de com- pensation, annule la tension entre les cathodes et le point neu- tre mentionné qui provoquerait une tension alternative indésirable entre les organes de commande et les cathodes.
La tension alternative superposée dont il est question ci-dessus, est une tension alternative sinusoïdale de même fréquence que la tension alternative d'alimentation.
Ce montage redresseur offre un sérieux avantage : l'utilisation d'un auto-transformateur permet d'obtenir une réali- sation beaucoup plus économique. A première vue, il présente cependant un inconvénient : cathodes sont portées à une ten- sion alternative de sorte que le potentiel des cathodes, donc la caractéristique d'amorçage, varie constamment, ce qui supprime donc toute garantie quant à l'amorçage exact en un point désiré de la caractéristique d'amorçage lors de l'utilisation d'une commande usuelle normale de la tension de grille qui est reliée à un point de potentiel fixe, mais cet inconvénient n'est qu'apparent, car la tension alternative en cause est annulée par la tension alternative de compensation qui agit dans le circuit de commande.
Le fait que les cathodes et non les anodes, sont cor. nectées à l'auto-transformateur est basé sur l'idée que, dans le dernier cas mentionné, les cathodes qui sont reliées, par exem- ple ensemble, par l'intermédiaire de la charge au milieu de l'auto-transformateur ne peuvent, en général, être mises à la terre car l'un des conducteurs du secteur ou le point neutre de l'auto-transformateur est déjà mis à la terre: les cathodes seraient alors alimentées par la tension d'ondulation des re- dresseurs, tension d'ondulation qu'il est pratiquement impos- sible de compenser à l'aide de moyens simples, de sorte que l'on n'obtiendrait pas de commande exacte.
La tension continue régulatrice peut se prélever, par exemple, de la charge pour régler à tension constante, lors d'une variation de l'intensité du courant, en particulier la
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vitesse des moteurs à courant continu.
La description qui va suivre en regard du dessin an- nexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien com- prendre comment l'invention peut être réalisée, les particula- rités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
Sur la fig.l, l'auto-transformateur 3 est branché sur les bornes 1 et 2 du secteur; les extrémités de cet auto-trans- formateur sont connectées aux cathodes 4 de tubes redresseurs 5 à atmosphère de gaz ou de vapeur, montés en redresseur biphasé.
Les anodes interconnectées 6 de ces tubes sont reliées à la charge 7 (par exemple un moteur à courant continu à régler) dont l'autre connexion est reliée, de manière normale, au point neu- tre A de l'auto-transformateur 3. Par l'intermédiaire du point 8 (et A), la charge 7 est shuntée par un appareil régulateur 9, approprié au but envisagé, qui fournit aux bornes 10 et 11, une tension continue qui dépend des conditions de tension imposées à la charge 7. Cette tension de réglage qui, dans le cas envi- sagé, est 2 V, (la tension continue à la borne 11 peut être + V ou - V par rapport au point 10), est appliquée d'une part, par 'intermédiaire des deux moitiés de l'auto-transformateur aux cathodes 4 et d'autre part, par l'intermédiaire de disposi- tifs déphaseurs, aux grilles 12.
Les dispositifs déphaseurs sont constitués par une résistance 13, un condensateur 14., une résistance 15 et un condensateur 16.
Les cathodes 4 se trouvent donc à une tension alterna- tive par rapport au point neutre A de l'auto-transformateur 3.
Ceci est représenté schématiquement sur la fig. 2 par la ten- sion alternative AK. En admettant que la caractéristique d'amor- çage des tubes redresseurs coïncide avec le potentiel de la cathode, la courbe K est donc en même temps la caractéristique
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d'amorçage par rapport au point A. Dans le cas envisagé, la demi-tension de transformateur AK de l'auto-transformateur 3 est décalée d'environ 90 dans le dispositif déphaseur avant d'être appliquée aux grilles 12, ce qui sera montré plus nettement dans un diagramme vectoriel séparé (fig. 3). Sur la fig. 2, à la tension alternative AK correspond donc la tension alternative GK, donc la tension entre la grille G (12) et le conducteur cathodique K (4).
Par rapport au point A, les deux tensions AK et GK peuvent être additionnées, car toutes deux agissent dans le circuit de grille
12-15-13-E-11-10-A-K-4. Cette addition fournit la tension AKG.
Dans le cas représenté, c'est alors le redresseur dont la ten- sion anodique est positive par rapport à la cathode qui s'amorce et ce, au point X lorsqu'on considère cet amorçage par rapport au point neutre A. Si l'on considère le moment d'amorçage par rapport au conducteur cathodique K (4) comme d'usage, l'amorçage se produit au point X' qui, en ce qui concerne le temps, coîn- cide avec X, comme l'indique la verticale en pointillés. En déplaçant vers le haut ou vers le bas, la tension AKG à l'aide de la tension continue régulatrice + V ou - V, on peut moduler totalement le tube régulateur considéré, c'est-à-dire théoriquement avec un déphasage de 0 à 180 .
En effet, lorsque la tension ré- gulatrice est + V par rapport à l'axe des zéros, ce qui est re- présenté sur la figure, la somme des tensions peut être indiquée par AKG' et l'amorçage se produit au point Y au début d'une alter- nance positive. Le redresseur fournit alors la tension maximum.
Lorsque la tension régulatrice est ramenée à - V, la tension tombe à AKG" et l'amorçage se produit à la fin de l'alternance positive pour l'anode du redresseur, à savoir au point Z. Comme il a déjà été mentionné, l'amorçage réel se produit par rapport à la ca- thode 4 (K) au point d'intersection de la tension alternative déphasée GK et de l'axe des zéros, la tension GK, également su- perposée à la tension continue régulatrice + V ou - V, pouvant aussi produire des amorçages respectivement en Y ou en Z.
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Dans le montage représenté sur la fig. 1, les tensions sont choisies de façon que la tension alternative d'alimentation de chacun des redresseurs, donc la tension AK fasse elle-même office de tension de compensation pour la grille et ce, en sens inverse, donc KA, dans le circuit de grille, ce qui s'obtient auss par le fait que la tension alternative de grille appliquée à G provient, après inversion de phase, de KA. Dans le circuit de grille total agissent donc la tension de compensation KA (qui fait office de tension d'alimentation AK), la tension d'alimentation 10-11 et la tension alternative de grille appliquée à G.
De la figure, il résulte que, pour permettre une modu- lation totale, la tension de crête de GK, GK doit être environ égale à la tension V. En réalité, cette tension de crête peut être légèrement inférieure à V, car le redresseur n'est pas modulé sur 1800 exactement, mais par exemple sur 165 à 175 .
Cependant, pour la facilité, il sera admis que
GK=V ou GK=V/@2 (1), exprimé en tension efficace.
La fig. 3 représente un diagramme vectoriel des tensions alternatives et des déphasages. Le vecteur de tension GK (aux bornes du condensateur 16 sur la fig. 1), est perpendiculaire au vecteur GD (aux bornes de la résistance 15 de la fig. 1). La tension résultante DK est de nouveau perpendiculaire au vecteur DE (aux bornes de la résistance 13). Comme la tension continue 10-11 n'est pas représentée vectoriellement, le point E peut aussi être posé égal au point A, de sorte que le vecteur KE = KA est égal à la moitié de la tension de l'auto-transformateur (voir fig.l) dont provient GK.
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Du diagramme vectoriel il résulte :
GK =1/2 DK @ ( 2)
DK = 1/2 LE @ (3) ou GK=1/2 @. 1/2 KE @ =1/2 KE ou
KE = 2 GK (4) En substituant dans l'équation 4 à GK la valeur GK = V on obtient :
EMI6.1
Comme KE = KA, (voir fig.3), ceci implique que lorsque la moitié de la tension du transformateur est égale à @ fois la demi-tension continue régulatrice, on obtient la compensa- tion exacte. Donc, si la tension de vecteur est, par exemple, de 200 V, KA = 110 V. Si la tension régulatrice varie de + V à - V = 2 V = 156 volts, V = 78 volts, et V @ est égal à 110 V, de sorte que la condition (5) est satisfaite.
Il arrive cependant fréquemment que la tension de sec- teur disponible ait une autre valeur ou que la tension continue régulatrice ne satisfasse pas à la condition 2 V = 156 V, valeur qu'il ne serait possible d'obtenir que par l'emploi d'un appa- reil régulateur beaucoup plus compliqué (9 sur la fig. 1).
Dans ce cas, le schéma décrit ne fournit pas une com- pensation suffisante, car la condition (5) n'est pas satisfaite.
Suivant l'invention, dans de tels cas, la tension de compensation s'obtient à l'aide d'un transformateur auxiliaire, constitué, par exemple, par un enroulement auxiliaire de l'auto- transformateur. Comme l'enroulement auxiliaire ne doit fournir qu'une faible puissance, par exemple 0,1 W pour une puissance redressée de 100 W, l'économie d'un enroulement principal par suite de l'utilisation d'un auto-transformateur comme transforma- teur d'alimentation n'est pas annihilée.
A
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La fig. 4 montre le même montage que sur la fig. 1 avec cette différence qu'un enroulement auxiliaire compensateur 17 est inséré entre les deux résistances 13, tandis que la tension continue est appliquée au milieu C. Le diagramme vec- toriel de ce montage est représenté sur la fig. 5 ; grands traits, il est identique à celui de la fig. 3 dont il ne dif- fère que par un vecteur EC qui est égal à la demi-tension de l'enroulement auxiliaire total 17.
D'une manière analogue à celle exposée ci-dessus, on obtient de nouveau
KE = V @ (5) Cependant, la demi-tension de l'enroulement auxiliaire est maintenant
EC = KC - KE (6) ou EC = KC - V V2 (7) et comme la tension alternative est aussi égale à KA,
EC = KA - V @ (8) Lorsque la tension de secteur est, par exemple, de 380 V, et la tension continue régulatrice, par exemple, de 100 V on obtient
EC = 190 - 100 @= environ 50 volts.
Dans ce cas, l'enroulement auxiliaire doit fournir au total une tension de 100 V.
Lorsque la tension alternative du secteur est de nou- veau 380 V et que la tension continue régulatrice est de 200 V, on obtient
EC = 190 - 200 @= 90 volts.
L'enroulement auxiliaire doit alors fournir 180 V et être con- necté en opposition parce que EC est négatif. Le diagramme vectoriel se présente alors comme celui représenté sur la fig. 6.
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Si la tension de secteur est 220 V, et que la tension continue régulatrice est de 156 V, on obtient
EC = 110 - 78 @ = 0 , en d'autres termes, on peut supprimer l'enroulement auxiliaire, ce qui laisse subsister le montage représenté sur la fig. 1.
Si, pour une raison quelconque, on désire un autre mon- tage déphaseur, on peut utiliser, par exemple, un montage tel que représenté sur la fig. 7, dans lequel le déphasage s'obtient à l'aide d'une self-induction 18 à prise médiane, d'une résis- tance réglable 19 et d'un condensateur 20. Dans ce cas, la ten- sion aux bornes de l'enroulement de transformateur auxiliaire 17 doit être choisie plus grande suivant la grandeur de la self-in duction 18. Dans le cas représenté, le dispositif régulateur 9 s'ajuste à la main.
Dans le cas d'un montage redresseur triphasé conforme à l'invention; le montage peut être réalisé de la manière re- présentée sur la fig. 8.
Les bornes de la tension de secteur y sont indiquées par 21, 22 et 23 et on y connecte l'auto-transformateur triphasé 24.
Les tubes redresseurs 25 comportent des grilles 26 dont chacune est reliée à un enroulement auxiliaire dont la tension est dé- phasée de 1200 par rapport à la tension cathodique en 24, et à l'enroulement de transformateur auxiliaire 28 qui se trouve en série avec l'enroulement 27. Les extrémités de l'enroulement 28 sont connectées à l'appareil régulateur 9 de la tension continue, appareil qui est de nouveau relié au point neutre de l'auto-transformateur. L'enroulement 28 contribue à la com- pensation, tandis que l'enroulement 27 fournit le déphasage de 120 pour le tube 25. Les autres redresseurs sont connec- tés de manière analogue. Pour la clarté, le circuit de com- mande du tube d'extrême gauche n'a pas été représenté. Le diagramme vectoriel de ce montage est représenté sur la fig. 9.
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La fig. 10 montre le principe du montage d'un appareil régulateur 9 proprement dit qui se prête particulièrement bien à être combiné avec le montage conforme à l'invention. La ten- sion aux bornes de la charge 7 est appliquée à un appareil de commande 29 qui influence la tension de grille du tube redres- seur auxiliaire 30. La cathode de ce tube est reliée, par l'in- termédiaire d'un tube stabilisateur 31, au milieu A de l'auto- transformateur 3. Le tube auxiliaire 30 est alimenté par un transformateur auxiliaire 32, et comporte comme charge une ré- sistance 33 qui est shuntée par un condensateur d'uniformisa- tion 34. Par suite de l'insertion du tube stabilisateur 31, la cathode du tube 30 se trouve, par exemple, à un potentiel de + 80 V par rapport au point A.
Si les tensions dans l'appareil régulateur 9 sont choisies de façon que la tension aux bornes de la résistance 33 puisse varier, sous l'influence de l'appareil régulateur 29, à la grille du tube 30 depuis zéro jusqu'à -65 V, le point 11 pourra donc varier de + 80 V à - 80 V, ce qui four- nit la tension continue régulatrice de + V à - V spécifiée dans ce qui précède.
Comme il a déjà été mentionné, le montage de l'appareil régulateur 9 convient particulièrement bien à l'utilisation dans le montage conforme à l'invention, car le transformateur auxi- liaire 32 peut être combiné avec l'enroulement de transformateur auxiliaire 17 qui contribue à la compensation. Une telle combi- naison est représentée sur la fig. 11, figure sur laquelle les organes sont indiqués par les mêmes chiffres de référence que dans les précédentes figures. L'explication du fonctionnement du schéma représenté sur la fig. 10, rendra superflue l'explica- tion du fonctionnement du schéma représenté sur la fig. 11.
Dans ce schéma, la réalisation est devenue plus simple et plus économique par l'utilisation d'un enroulement de transformateur auxiliaire 17 qui fournit non seulement une partie de la tension de compensation mais aussi la tension anodique de l'appareil régulateur.