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MUTATEUR POUR CONVERTIR DU COURANT ALTERNATIF EN COURANT ALTERNATIF-DE 'FREQUENCE-DIFFERENTE..
Dans la conversion de courant polyphasé d'une fréquence en cou- rant alternatif monophasé de fréquence différente, le mutateur doit fournir des demi-ondes de courant alternativement dans un sens et dans le sens oppo- séo Ainsi donc, il faut que le mutateur comporte deux groupes, égaux entre- eux, de soupapes ou récipients de décharge. Le réseau consommateur compor- tant en général de la puissance réactive, le courant des appareils consomma teurs est déphasé par rapport à la tension, de sorte que le sens du courant en chaque point de la courbe de tension n'est pas bien déterminé.
Dès lors, suivant la grandeur et le signe du déphasage @, le courant et par suite la valeur instantanée de la puissance du mutateur peuvent, en chaque point de la courbe de tension, avoir un certain sens ou le sens opposée Mais comme, selon le sens de l'énergie, la commande des grilles du récipient de déchar- ge est à régler pour la marche en redresseur ou en onduleur,, il faut que cet- te commande des grilles soit rendue fonction du déphasage et du courant dé= livré au consommateur., Le sens de la tension débitée par le redresseur ou l'onduleur variant en rythme de la fréquence secondaire du-mutateur,
il faut que chaque groupe de récipients de décharge change périodiquement son mode de travailo
La présente invention a pour objet un mutateur pour convertir du courant alternatif d'une certaine fréquence en courant alternatif d'une fréquence différente en utilisant pour la production du courant alternatif destiné aux consommateurs au moins deux groupes de récipients de décharge à grilles commandées travaillant alternativement comme redresseurs et comme onduleurs.
Suivant l'invention, dans le but de rendre la commande des gril- les des récipients de décharge indépendante du facteur de puissance des appareils utilisateurs, mais dépendante du sens de la valeur instantanée de. la tension secondaire, 1-'un des groupes est actionné, à chaque instant, com- me redresseur et l'autre simultanément comme onduleur, et les groupes alter- nent leur fonction périodiquement au rythme de la fréquence secondaire.
De ,plus, les deux groupes sont reliés entre-eux par une self limitant le courant
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alternatif de circulation des harmoniques, self dont le point milieu forme l'un des pôles du circuit consommateur,et l'écart entre la tension de mar- che en redresseur et la tension de marche en onduleur des deux groupes est choisi de telle sorte que, au courant alternatif d'utilisation qui se parta- ge par moitié dans les deux groupes, il vienne se superposer un courant con- tinu porteur au moins égal à la moitié de l'amplitude du courant d'utilisa- tion, de façon qu'à chaque instant il y ait au moins un récipient de déchar- ge dans chaque groupe pour être traversé par du couranto
L'invention sera expliquée ci-après en référence au dessin an- nexé,
où la Figo 1 montre le schéma de principe du mutateur suivant l'in- vention et la Figo 4, un schéma de montage simplifié pour sa réalisation, Les Figso 2 et 3 sont des diagrammes de courant et de tension, et la Figo 5 montre la constitution de la tension alternative d'utilisation. La figo 6 représente un autre exemple de réalisation.
La Fig. 1 montre un mutateur destiné à convertir du courant tri- phasé à 50 périodes fourni par le réseau P en courant monophasé à 16 2/3 pé- riodes, pour alimenter l'appareil consommateur V du réseau d'utilisation So Le transformateur T du mutateur possède les enroulements secondaires tl, t2 qui par l'intermédiaire des deux groupes de récipients de décharge M1, M2 alimentent l'appareil consommateur V par an montage en ponto Les récipients de décharge des deux groupes sont montés en oppositiono Comme récipients de décharge, entrent en ligne de compte des récipients à décharge en atmos- phère de gaz ou de vapeur, avec grilles de commande montées en avant des anodes.
Pour faciliter la compréhension de l'explication qui va être don- née du fonctionnement du mutateur, on a représenté.séparément, à la Figo 1, les enroulements secondaires qui alimentent les groupes de récipients de dé- charge
Les deux récipients de décharge M1, M2 travaillent alternative- ment l'un comme redresseur et l'autre comme onduleur;
les tensions qu'ils fournissent ont bien leurs valeurs moyennes égales, mais non leurs valeurs instantanéeso Par suite du montage en opposition des demi-ondes de tension dans les circuits qui alimentent l'appareil consommateur V et contiennent les deux groupes de récipients de décharge M1, M2 il reste, dans le circuit extérieur qui se ferme sur ces derniers @ l'appareil consomma- teur, une force électromotrice d'harmoniques libres qui produit dans ce cir- cuit un courant alternatif de circulation.
En raison de l'avance à l'allu- mage liée à la réserve de commutation nécessaire à 1-'onduleur, ce courant de circulation prendrait des valeurs inadmissibles, de sorte qu'il est né- cessaire de le limiter par une bobine de self Dro Cette dernière s'oppose à toute variation des ampères-tours qui la magnétisento Dans le cas pré- sent, cela signifie-que le courant alternatif, venant du circuit d'utilisa- tion et se dirigeant vers le point milieu de la bobine de self Dr, voudrait passer à raison de moitié dans chacune des deux branches* d'enroulement de cette bobine Dro Si cette possibilité manque, la self représente un gros porteur indésiré de puissance réactive,
De là résulte la nécessité de créer au courant alternatif du circuit consommateur le libre passage dans les deux- branches malgré l'effet de soupape des récipients de déchargée On y arrive en superposant au courant'de consommation qui traverse les récipients de. dé- charge un courant continu porteur d'intensité au moins égaleà la moitié de l'amplitude dudit courant alternatif de consommationo De cette manière on obtient que le libre passage par la bobine de self est assuré aux cou- rants alternatifs des deux groupes de récipients de décharge et que cette bobine ne forme pas un porteur indésirable de puissance réactive.
Le cou- rant continu porteur est indiqué dans le schéma Figo 1 par les flèches a, b,, c, do Le courant qui, dans le circuit consommateur, se superpose au courant continu porteur, est indiqué pour l'un des groupes de récipients de déchar- ge par les flèches e, f, g, et pour l'autre groupe, par les flèches h, i, c. Il en résulte les conditions de tension et de courant représentées à la Fig. 2.
La courbe [alpha] montre la forme de la tension alternative dans les deux circuits comprenant les récipients de décharge et dans le circuit d'uti- lisation; la courbe /$montre la tension dans le circuit utilisateur, et les courbes ' et 5 montrent respectivement les courants dans les circuits ali-
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mentés par les deux groupes de récipients de déchargeo La représentation est faite en admettant comme sens positif, le sens choisi pour la demi-on- de du courant d'utilisation suivant les flèches e, f et h, io On a suppo- sé en outre que le courant continu porteur est égal à la moitié de l'ampli- tude du courant alternatif d'utilisation.
Par rapport au courant continu porteur, à l'instant considéré où la tens-ion indiquée agit de haut en bas sur l'appareil utilisateur, le groupe du récipient de décharge M1 travaille en onduleur et le groupe de M2 en redresseuro Mais relativement au courant de consommation débité, les deux groupes travaillent dans le temps en re- dresseurs, et dans le temps y en onduleurs,, Mais comme le courant résultant dans les récipients de décharge a toujours le sens du courant continu, à l'ins- tant considéré, le groupe de Ml travaille en onduleur, le groupe de M2 en re- dresseur, et cela pendant toute la durée de la demi-onde de tension considé- rée, indépendamment du déphasagef du courant d'utilisation,, Pendant la de- mi-onde de tension suivante, où la tension alternative débitée est en sens inverse,
le sens du courant continu porteur reste inchangé, de sorte que les deux groupes échangent leurs fonctionso Ces deux groupes conduisent alors non seulement alternativement, mais en permanence, du courante De cette ma- nière on réussit à éviter la magnétisation de la bobine de self Dr par le courant de charge, à maintenir en même temps dans des limites admissibles le courant alternatif de circulation occasionné dans le système par l'iné- galité des valeurs momentanées des tensions des redresseurs et des onduleurs allumés, et par suite aussi à laisser une certaine latitude pour 1 instant d'allumage de ces deux tensionso
Le courant alternatif de circulation est d'autant plus intense que l'avance ou le retard à l'allumage du groupe onduleur ou du groupe re- dresseur est plus grande,
pour l'avance à l'allumage il y a lieu de ménager une certaine réserve de commutation pour les fluctuations de la tension ar- rivant du réseau à 50 périodes lorsque plusieurs mutateurs travaillent en parallèle, et -pour.la déionisation des grilles. Cette réserve donne un excédent de la tension de redresseur allumée par rapport à la tension d'on=. duleur allumée Cet excédent agissant toujours dans le même sens dans les deux groupes, savoir dans lessens du courant continu porteur, il est le bienvenu et convient pour le maintien de ce dernier.
Il est cependant encore trop fort pour cet usage et doit être corrigé en retardant l'instant d'al- lumage du système qui travaille en redresseuro La chute de tension ohmi- que et la chute inductive dans le circuit du courant continu porteur sont proportionnels à la somme des courants dans le redresseur et l'onduleur' donc au courant continu porteur lui-même, et dès lors indépendants du cou- rant d'utilisation. Par suite, un réglage à point fixe de l'instant d'allu- mage du.redresseur et de l'onduleur donnera pour le courant continu porteur une valeur déterminée, .
Il est loisible, soit de maintenir invariable, pour des motifs de simplicité, le point d'allumage des deux tensions, soit, pour réduire les pertes fonction du courant dans le mutateur, de régler, pour un minimum de pertes les points d'allumage et par suite le courant continu¯ porteur en fonc- tion de la charge c'est-à-dire de faire ainsi le courant porteur égal en per- manence à la moitié de l'amplitude du courant alternatif variable d'utilisa- tiono A la Fig. 3, ces phénomènes sont représentés au moment de la commuta- tiono Les courbes a1, b1, c1 représentent trois courbes consécutives de la tension à 50 périodes arrivant des deux groupes identiques de récipients de décharge Ml, M2.
Soit C le point où s'allume l'anode de la tension bl du système onduleur, après quoi la tension résultante des onduleurs prend par suite du recouvrement la forme ABFED, l'aire de tension CBFEG étant propor- tionnelle à la valeur de crête du courant commutée Lorsque les enroulements relatifs aux deux groupes de récipients de décharge sont complètement sépa- rés, la tension continue évolue, après comme avant, selon l'allure correspon- dant à la courbe AGD, de sorte qu'il reste une aire de tension en excédent ABFEDGA qui agit dans le sens du courant continu porteur et maintient ce der- nier. A cet effet, il suffirait toutefois d'une faible réserve GFD', atten- du que celle-ci n'a plus à couvrir que la chute ohmique et la chute dans l'arc du courant continu porteur dans le circuit des récipients de décharge.
Mais
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en outre, il faut que la réserve de commutation FD soit au moins égale à la durée maximum de déionisation des grilles de commande. Il s'avère que l'excédent de tension dans le groupe des redresseurs est trop grand pour le maintien du courant continu porteur. Pour y remédier, le point d'allu= mage L pour la commutation du groupe redresseur peut être un peu retardé, de sorte que l'aire DLKNOJD qui fait défaut à l'aire de tension des redresseurs compense l'excédent indésiré. Un accroissement du courant des onduleurs dé- place le point F vers la droite, l'accroissement du courant des redresseurs déplace le point N vers la droite également.
Si le point D de la Fig. 3 coin- cide avec les points-.arbitrairement choisis DI, DII de la Figo 2, la Fig. 2 fait voir que la somme des courants dans les branches contenant les onduleurs et les redresseurs est constante et égale au double du courant continu por- teur. Cela signifie qu'à un accroissement du courant dans l'un des groupes correspond une diminution dans l'autre groupe, ou que si, dans la Figo 3, le point F se déplace dans un sens, le point N se déplace dans le sens oppo- séo On en conclut que l'excédent de tension qui maintient le courant conti- nu porteur est indépendant du courant alternatif d'utilisation et ne dépend que de la position des points d'allumage de la tension des redresseurs et des onduleurs. Le dispositif suivant Fig.
1 permet indifféremment l'em- ploi de récipients de décharge mono-anodiques et de récipients à plusieurs anodes. Les enroulements secondaires f1, f2 du transformateur sont traver- sés tant par le courant d'utilisation que par le courant porteur,, Pour ré- duire la puissance apparente spécifique et les pertes de l'installation, il faut essayer de donner au circuit du courant d'utilisation comme aussi au circuit du c-ourant porteur la plus faible longueur possible, et d'utiliser le mieux possible les enroulements du transformateur. C'est en faisant ap- pel à des mutateurs monoanodiques que ce résultait s'atteint le mieux.
Si en employant des mutateurs monoanodiques on permute l'ordre de succession de l'enroulement du transformateur et du mutateur, on peut réunir les deux enroulements t1, t2 du transformateur en un seul, comme représenté à la Fig.4.