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PROCEDE POUR LE CHANGEMENT DE FREQUENCE D'UN SYSTEME DE TRANSMISSION D'ENERGIE EN VUE DE LA COMMANDE A DISTANCE SELECTIVE DES OPERATIONS.
On connait depuis longtemps des procédés pour le changement de fréquence de réseaux d'énergie au moyen de tensions de commande de fréquence plus élevée en vue de la commande à distance sélective des opérations, par exemple pour la commande à distance des appareils à tarif, des interrup- -teurs pour l'éclairage des rues, et similaires.
Tous ces procédés utilisent soit le changement de fréquence dit *en parallèle", soit le changement de fréquence dit "en série". Les deux espèces de changements de fréquence appliquent un réseau électrique de couplage approprié, aux entrées duquel est relié le générateur de la tension de commande, tandis que les sorties sont placées au réseau à hétérodyner.
Dans le cas de changement de fréquence en parallèle les sorties sont reliées parallèlement aux réseaux (raccordement en parallèle); dans le cas du changement de fréquence en série elles sont placées en série dans la tension des réseaux (raccordement en série).
Dans les deux cas la fonction du réseau électrique de couplage est en principe identique. La voiei : Blocage des courants du secteur et des tensions du secteur à l'encontre du générateur et production d'une course de conversion appropriée hors du générateur sur le système de transmission d'énergie. Au point de vue de la technique des communications c'est une simple fonction de filtrage, mais celle-ci est rendue considérablement plus difficile par la prise en considération nécessaire des propriétés du système de transmission d'énergie.
Pour le changement de fréquence en parallèle ce sont de préférence des problèmes de haute tension, pour le changement de fréquence en série de préférence des problèmes de courant maximum., qui en tenant compte des exigences de sécurité importantes réduisent considérablement le nombre des solutions techniquement et économiquement utilisables. Cette restriction existe également pour tous les autres réseaux électriques, qui à l'occasion doivent être branchés dans le système de changement de fréquence pour des usa-
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ges auxiliaires (par exemple en tant que blocages, circuits pièges d'ondes, shunts).
Lorsqu'on applique un des deux genres de changements de fréquen- ce, changement de fréquence en parallèle ou changement de fréquence en série, un point est pratiquement en de nombreux cas très important : souvent, vue du point de couplage, seule une partie du système de transmission d'éner- gie doit être hétérodynée. Cette partie sera désignée comme réseau de comman- de et son impédance équivalente sera désignée par ÙN. La partie restante, non à commander, du système de transmission d'énergie sera désignée par réseau étranger et son impédance par ÙF.
La figure 1 représente une telle configuration à titre d'exemple.
La zone N est le réseau de commande, la zone F le réseau étranger et l'endroit de couplage se trouve en K.
La figure 2 représente l'endroit de couplage comme raccordement en parallèle (PA) avec le générateur de conversion G et le réseau électrique de couplage NP.
La figure 3 représente l'endroit de couplage K comme raccordement en série (SA) avec le générateur de conversion G et le réseau électrique de couplage N . Dans la représentation monophasée,la figure 4 correspond à la figure 2 et la figure 5 à la figure 3.
Pour simplifier les choses, dans les pages qui suivent l'explica- tion est donnée en général sur base du schéma équivalent monophasé, et on com- prend aisément qu'elle est aussi valable pour les systèmes à plusieurs phases de la façon connue. Si donc nous parlons de quadrip8les, alors y correspon- dent par exemple dans un système triphasé automatiquement les analogues 6, 9 et 12 pôles (voir figures 2-5).
Suivant le groupe des sources de tension équivalentes ou des sour- ces de courant équivalentes, on pout remplacer toujours les sources de coupla- ge suivant les figures 4 et 5 pour une fréquence déterminée (et approximati- vement dans le proche voisinage de celles-ci) par une source de tension équi- valente #P et une impédance de série équivalenteÙ P suivant figure 6 ou par une source de courant équivalente Ùx et une impédance en parallèle équivalente ÙF[ ]ÙN]. suivant figure 7. Comme les deux représentations sont équi- valentes et peuvent .être facilement traduites entre elles, on utilisera dans la description suivante uniquement, pour l'homogénéité, la source de tension équivalente. -(bien que la source de courant équivalente serait plus proche en cas de changement de fréquence en série).
Comme on le sait, les réseaux électriques de couplage sont toutefois des ensembles plus compliqués; dans le changement de fréquence en série ils consistent par exemple en transforma- teurs analogues à des transformateurs de courant, circuits résonants etc.. dans le changement de fréquence en parallèle ils consistent par exemple en circuits résonants; transformateurs d'isolation etc.; qui en général ne peuvent être réalisés directement par ces images équivalentes.
A l'aide des explications ci-dessus on peut réduire aux schémas équivalents les plus simples par exemple une configuration de réseau suivant figure 1 pour le cas de changement de fréquence en parallèle suivant figure 8 et le cas correspondant de changement de fréquence en série suivant figure 9. Dans un autre genre usuel de représentation la figure 10 correspond à la figure 8 et la figure 11 à la figure 9. Symboliquement on utilise occasionnel- lement au lieu de la figure 10 la représentation de la figure 12 et au lieu de la figure 11 la représentation de la figure 13.
Les figures 8-13 permettent de voir quand l'application du chan- gement de fréquence en parallèle est appropriée et quand elle ne l'est pas, Le changement de fréquence en parallèle est surtout approprié, lorsque,[ÙF] ] ÙN], et le changement de fréquence en série est surtout approprié lorsque ÙF [ ]ÛN].
Si F n'est pas suffisamment grand par rapport à ÙN, ou si
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dans ÙF il y a des zones en danger de changement de fréquence, comme elles sont par exemple indiquées à la figure 1 par A, qui ne sont pas protégées par une impédance intermédiaire naturelle, par exemple T à la figure 1, alors l'application du--changement de fréquence en parallèle direct n'est guère pos- sible.
Si d'autre part -F n'est pas suffisamment petit par rapport à[ÙN] alors l'application d'un changement de fréquence en série direct n'est pas possible Dans le cas du changement de fréquence en parallèle, il faut pla- cer entre K et F une résistance à haute résistance électrique pour la fré- quénce hétérodyne et à faible résistance électrique pour la fréquence du secteur, en série à F ; dans le cas du changement de fréquence en série, une résistance à faible résistance électrique pour la fréquence hétérodyne et à haute résistance électrique pour la fréquence du secteur entre K et F parallèlement à F . .
On désigne ces résistances d'ordinaire comme des blocages ou circuits pièges d'ondeso
Il s'agit alors de réseaux électriques passifs, formés comme des bipôlaires ou quadripôlaires. Coma par les théorèmes de réactance d'une part et par l'accomplissent des conditions du système de transmission (problèmes de haute tension et problèmes de courant maximum) d'autre part, on a placé des limites relativement étroites à la structure économiquement et techniquement tolérable de ses blocages et circuits pièges d'ondes, pour autant qu'ils doivent encore remplir leur fonction de façon satisfaisante et suffisante, l'application du changement de fréquence en parallèle direct et du changement de fréquence en série direct rencontre pratiquement dans de nombreux cas de grosses difficultés.
La présente invention a pour but de remédier à cette situation souvent non satisfaisante, par le fait qu'elle met en application un procédé pour le changement de fréquence d'au moins une zone partielle d'un système de transmission d'énergie électrique au moyen de tensions de conversion périodiques, dont la fréquence est plus grande que la fréquence de la transmission d'énergie, en vue de la commande à distance sélective d'opérations;
ce procédé caractérisé par le fait que l'alimentation des tensions de conversion de mêmes fréquence se fait dans le système de transmission d'énergie simultanément tant sur au moins un raccordement en série que sur au moins un raccordement en parallèle, tandis que la tension de conversion en série us imprimée au réseau et la tension de conversion en parallèle #p simultanément imprimée au réseau sont placées suivant phase et amplitude dans un rapport de dépendance fonctionnel réciproque de telle façon que la tension de conversion [#F] résistante ne dépasse pas une valeur désirée dans la zone du réseau non à hétérodyner et que la tension de conversion #N ne passe pas dans la zone du réseau à hétérodyner en dessous de cette valeur désirée,
qui en général est déterminée par la tension d'actionnement des organes de réception utiliséso
Une application exemplative du procédé suivant l'intention est maintenant décrite en se référant aux figures 14-19. Un système de transmission d'énergie, par exemple suivant figure 1, peut être séparé dans une de ses lignes de transmission, soit à l'endroit K, en une partie de réseau à hétérodyner (réseau de commande N) et en une partie de réseau non à hétérodyner (réseau étranger F). Dans le cours de la ligne de cet endroit K, la tensiob de conversion est envoyée, simultanément, tant sur un raccordement en parallèle que sur un raccordement en série,
tandis qu'alternativement le raccordement en parallèle PA peut être rekié sur le côté du réseau étranger F et le raccordement en série SA sur le côté du réseau de commande N, ou bien inversement le raccordement en série SA sur le côté du réseau étranger F et le raccordement en parallèle PA sur le côté du réseau de commande N. C'est ce que montrent les figures 14 et 15, qui représentent des extraits de la figure 1. Les deux alternatives sont utilement séparées l'une de l'autre, bien que d'après leur définition elles ne devraient pas être distinguées.
La fi-
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figure 16 montre le schéma équivalent monophasé de la configuration de con- version d'ensemble dans le sens de la figure 14. La figure 17 montre le sché- ma équivalent monophasé de la configuration de conversion d'ensemble dans -le sens de la figure 15.
La figure 18 représente le schéma équivalent symbolique, qui correspond aux rapports de la figure 16 et la figure 19 montre le schéma correspondant aux rapports de la figure 17. Si la tension de conversion en parallèle p et la tension de conversion en série s sont placées suivant phase et amplitude dans un rapport de dépendance déterminé mutuel, alors la tension de conversion résulatante F peut être conservée petite au réseau étranger dans une zone déterminée et la tension de conversion N peut être conservée grande au réseau de commande dans une zone déterminée.
Pour une fréquence hétérodyne fixe déterminée, la tension F, pour des constantes ÙN, Ùs, Ù PekÙF, peut être exactement réduite à zéro au réseau étranger, tandis que la tension au réseau de commande peut être placée à une valeur fixe déterminée. Comme en réalité la fréquence hétérody- ne varie dans une zone même relativement petite et que surtout l'impédance du réseau de commande ÙN change relativement beaucoup dans le cadre de la gamme de réglage de la charge, la tension F varie dans une zone au-des- sus de zéro et la tension N dans une zone de la valeur désirée. Les deux zones peuvent cependant, comme le calcul et l'expérience le démontrent, être maintenues dans des limites satisfaisantes pour les exigences pratiques.
Comme le raccordement K, suivant les figures 14, 16 et 18 se distingue par rapport à la représentation suivant les figures 15, 17 et 19 en principe pas comme tel, mais qu'uniquement la configuration de l'ensemble se distingue par le fait que le réseau de commande N et le réseau étranger F, ou leurs impédances équivalentes ÙN et ÙF ainsi que les conditions requises correspondantes pour la tension N et F sont interchangées, les explications ci-dessous valent uniformément à l'aide des figures 20-26 trai- tant de la structure schématique des raccordements K. Un raccordement dans le sens des figures 14-19 est à cette occasion appelé, en raccourci, le "cou- plage hétérodyne SP".
La réalisation du rapport de dépendance fonctionnel #( p)par s et P suivant phase et amplitude peut, pour que les valeurs requises 1,%- 0 et / N [# / N soient possibles, par exemple être obtenue sui- vant figure 20 (dans la représentation monophasée) par un réseau passif à six pôles N6, dont les couples de bornes S (utilisés comme raccordement en série SA) et P (utilisés comme raccordement en parallèle PA) sont découplés entre eux par fréquence hétérodyne et auquel couple de bornes G le générateur de fréquence hétérodyne est relié.
Il est en pratique avantageux de composer le 6-pôles suivant la figure 20 en un 6-pôles NI' 6, aux couples de bornes S' ou P' duquel, chaque fois, un réseau quadripolaire N s ou N p passif est relié, tandis que le qua- dripolaire Ns remplit la fonction du couplage en série proprement dit et que le quadripolaire N remplit la fonction de couplage en parallèle proprement dit, et tandis que'le 6-pôles de découplage NI 6 réalise le rapport fonctionnel ( p) pour( p/a o et/ N /# / N /.
L'utilisation d'un réseau à 6 pelés peut en de nombreux cas être évitée par le fait qu'on emploie deux générateurs de fréquence hétérodyne GS et Gp,comme représentés à la figure 22. Les générateurs GS et Gp fonctionnent de façon conforme, par exemple par couplage mécanique pour les générateurs de machines. Les amplitudes de s et p peuvent être réglées directe-
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ment sur les générateurs, tandis que le rapport des phases entre 112 µ et p est réalisé à l'aide de réseaux NPHS et NPHP, et que ces réseaux peuvent naturellement aussi être utilisés en même temps pour le réglage de l'amplitude. NS et Np représentent les réseaux électriques de couplage en série et en parallèle ordinaires.
La figure 23 représente schématiquement une structure spéciale- ment efficace et simple du couplage hétérodyne SP. Ici le réseau électri- que de couplage en série NS ou le réseau électrique de couplage en paral- lèle Np sont directement raccordés aux générateurs de fréquence hétérodyne
GS ou Gp; les valeurs d'amplitude des tensions s et p peuvent être réglées directement à ces générateurs et la situation de phases de s par rapport à p s'obtient par le fait que les deux générateurs sont accou- plés ensemble mécaniquement déplacés,
Ceci peut se faire de telle sorte, qu'avec des stators conformes on déplace les rotors accouplés ou, ce qui est pratiquement très utile, qu'avec des rotors conformes on arrange le stator d'un générateur de façon rota- tive.
La situation des phases mécaniquement déplacée est représentée symboliquement à la figure 23 par un couplage V.
La figure 24 montre le schéma de principe d'une structure exemplative des réseaux électriques de couplage NS et NP. Le réseau électrique de couplage en série est composé d'un transformateur en série ST, genre transfor- mateur de courant qui, ensemble avec une capacité, est réalisé en un circuit résonnant en parallèle PR pour la fréquence hétérodyne. Le réseau électrique de couplage en parallèle consiste en un transformateur isolateur de tensions JT et un circuit résonnant en série SR pour la fréquence hétérodyne. Avec les capacités C1 et C2 sont compensées utilement les inductances de générateur.
Comme la fréquence hétérodyne fluctue souvent conformément aux fluctuations de la fréquence du réseau dans une certaine mesure, il est utile, pour remédier à cette influence néfaste; de remplacer le circuit résonnant en série SR du réseau électrique de couplage en parallèle Np de la figure 24 par deux circuits résonnants en série branchés en parallèlesuivant figure 25, qui sont désaccordés d'une faible quantité vers le haut ou vers le bas par rapport à la fréquence hétérodyne nominale ou bien aussi de remplacer le circuit résonnant en parallèle PR du réseau électrique de couplage en série NS de la figure 24 par deux circuits résonnants en'parallèle branchés en série, qui sont désaccordés d'une faible quantité vers le haut ou vers le bas par rapport à la fréquence hétérodyne nominale, ainsi que le montre ;
la re 26.
Comme l'impédance du réseau de commande N varie également dans la gamme de réglage des charges endéans de grandes limites, il est intéressant de faire intervenir ici également une influence heureuse sur le com- portement de la tension. Cela peut se faire en agissant sur l'excitation des générateurs de fréquenoe hétérodyne, ou en couplant et coupant à la sortie des générateurs de fréquence hétérodyne des réseaux électriques couplés à échelons. Une autre possibilité de compenser de très grands changements de gamme de réglage des charges consiste dans le fait qu'on change quelque peu le rapport des phases de s=#( N), ce qui peut par exemple être réalisé par décalage du stator à l'un des générateurs de fréquence hétérodyne.
D'importance capitale aussi est un réglage automatique de la tension de conversion en fonction de la fluctuation de l'impédance ÙN du réseau de commande. Comme un transformateur en série analogue à un transfcr- mateur de courant est toujours un élément du réseau électrique de couplage en série, le courant de retour du réseau à fréquence du secteur est essentiellement, par le réseau électrique de couplage en série, proportionnel
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aux fluctuations de la charge du réseau de commande.
Il est par conséquent utile, de mesurer ce courant de retour du réseau dans le réseau électrique de couplage en série sur le côté de la basse tension avec un instrument indicateur de courant approprié et d'agir, avec les valeurs de diagramme de cet instrument, sur des variables appropriées du couplage de changement de fréquence SP; donc sur l'excitation des générateurs de fréquence hétérodyne ou sur la position du stator de ces générateurs ou bien sur des éléments réglables du réseau de résistance;,qui sont branchés entre la sortie des générateurs de fréquence hétérodyne et les réseaux électriques de couplage correspondants.
Ainsi il est possible de conserver constante, de façon simple, économique et sûre, la tension de conversion sur une très grande gamme de réglage de charge de la partie à commander du réseau de transmission d'énergie.
Il y a lieu de noter encore que le procédé suivant l'invention n'est en principe pas influencé par le fait qu'entre un raccordement en série et un raccordement en parallèle il y a encore des impédances de réseau de transmission, comme par exemple des transformateurs et canalisations, puisque cela ne peut être pris en considération quantitativement analogue que pour
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la condition d'amplitude de phases VIo-5 -: (f)pour['Ulo F {I\.olet t'llb N\ ""lVloNI.
Une autre application exemplative du procédé suivant l'invention, dans laquelle le réseau de transmission d'énergie peut être divisé en un point K d'une de ses lignes de transmission en une partie de réseau à hétérodyner (réseau de commande N) et une partie de réseau non à hétérodyner (réseau étranger F), comme par exemple à l'endroit K d'une configuration de réseau suivant la figure 1, consiste dans le fait que dans la ligne de cet endroit K la tension de conversion est pressée simultanément sur deux raccordements en parallèle et un raccordement en série, et que le raccordement en série se trouve entre les deux raccordements en parallèle, comme la figure 27 le montre en représentation symbolique. Un pareil couplage est désigné, en raccourci, par couplage de conversion PSP.
Sous des conditions analogues on peut accoupler à un tel endroit K aussi de telle manière, que la tension de conversion est pressée simultanément sur deux raccordements en série et un raccordement en parallèle, et que le raccordement en parallèle est à placer entre les deux raccordements en série. C'est ce que montre la figure 28 en représentation symbolique. Un tel couplage est désigné brièvement par l'expression couplage de conversion SPS.
Un autre exemple du procédé conforme à l'invention est montré à la figure 29 en représentation symbolique. Il faut hétérodyner ici les embranchements A d'une barre collectrice S, ce qui peut être réalisé de telle manière, que le raccordement en parallèle est placé à la barre et que les raccordements en série sont branchés dans les conducteurs d'alimentation.
La figure 30 montre le même exemple, mais ici par contre les raccordements en série sont branchés dans les embranchements. La figure 31 montre un changement de fréquence possible lorsqu'il ne faut commander que le réseau de deux embranchements. Dans le cadre du procédé suivant l'intention on pourrait encore citer de nombreux exemples analogues, le tout conformément à la pluralité des configurations des systèmes de transmission d'énergie et des fonctions de commande y imposées.
Les figures 29 et 30 permettent, en vue simplement de la représentation graphique et d'une terminologie aisée, de parler ici pour le procédé suivant l'invention, de"blocage actifs" et de "circuits pièges d'ondes actifs".
A la figure 29 on pourrait alors parler de changement de fréquence en parallèle sur la barre collectrice S avec des "blocages actifs" dans les conducteurs d'alimentation, à la figure 30 on pourrait parler de changement de fréquence en série dans les embranchements et un "circuit piège d'onde actif" à la barre collectrice. Cette façon de s'exprimer n'a toutefois qu'une signification symbolique; mais il est un fait qu'un tel symbolisme peut, comme par exemple les symboles dans les calculs, rendre des services appréciables.
Les formes de réalisation décrites à titre d'exemple, sous référence au couplage de changement de fréquence SP, suivant les figures 20-26 peuvent évidemment aussi être avantageusement utilisées pour des confipura-
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tions plus compliquées du susdit genre (voir figures 27-31).
Le procédé suivant l'invention qui vient d'être décrit, pour le changement de fréquence d'un système de transmission d'énergie au moyen de tensions de conversion périodiques en vue de la commando, sélective, à distan- ce d'opérations, rend possible, surtout aussi lors de configurations de réseau difficiles et de conditions de changement de fréquence difficiles, de réaliser le changement de fréquence avec des dépenses réduits et sûres et, au point de vue de la fréquence du réseau et de la charge du réseau, des fluctuations relativement importantes peuvent alors être admises.
REVENDICATIONS.