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la S.E.M. Société d'Electricité et de Mécanique (PROCEDES THOMSON-HOUSTON, VAN den KERCHOVE & CARELS) Société Anonyme, résidant à BRUXELLES.
APPAREIL DE MESURE DU COURANT.
La présente invention est relative aux appareils pour mesurer les courants triphasés redressés et plus particulièrement aux appareils pour mesurer le courant redressé dans chacune des trois phases, et elle a pour ob- jet de présenter un appareil de ce genre perfectionné, simple, sûr et peu coûteux
Dans les applications des redresseurs, il est nécessaire de limi- ter le courant dans chaque chemin de redressement, à une valeur prédéterminée, pour éviter tous dommages au ou la destruction du redresseuro Ceci est accom- pli dans les applications des redresseurs biphasés au moyen d'un circuit de limitation du courant., qui est contrôlé par une tension continue de contrôle dérivée, après redressement,
d'une tension qui est induite dans 1* enroulement secondaire d'un seul transformateur de courant ayant deux enroulements pri- maires, un dans le circuit anodique de chacun des redresseurs. Ces enroule- ments primaires sont connectés de telle manière que l'impulsion de courant anodique redressé d'un redresseur produit un flux dans une direction dans le noyau, et 1.11 impulsion hnodique du second redresseur produit un flux dans la direction opposéeo Il en résulte que le flux dans le noyau est alternatif et la tension induite dans l'enroulement secondaire est une mesure précise des courants redressés dans les circuits anodiqueso Par conséquent,
la ten- sion redressée qui est dérivée de cette tension induite dans l'enroulement secondaire est aussi une mesure précise des courants redressés dans les cir- cuits anodiqueso
Si les enroulements primaires d'un transformateur de courant tri- phisé conventionnel sont connectés dans les circuits anodiques d'un redres- seur triphasée le flux dans le noyau aura une composante continueo Celle-ci produira la saturation du noyau et par conséquent la tension induite dans
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l'enroulement secondaire ne sera par une mesure vraie ou même raisonnablement proche de l'amplitude des courants redressés dans les circuits anodiques des trois phases et, par conséquent ne pourra pas être utilisée pour contrôler le circuit de limitation du courant.
Par conséquent, un objet de l'invention est de présenter un trans- formateur de courant triphasé dont la tension secondaire est une mesure pré- cise des courants redressés dans chacune des trois phases du redresseur.
Suivant une variante de l'invention, un transformateur est prévu avec un noyau ayant une branche centrale et deux branches extérieures. Sur chacune des deux branches extérieures, deux enroulements primaires et deux enroulements secondaires sont prévuso Deux des enroulements primaires qui sont montés sur les branches extérieures opposées du noyau sont connectés chacun dans une phase différente du redresseur principal triphasé, et les deux autres enroulements primaires qui sont aussi prévus sur les branches ex- térieures opposées, sont connectés en série dans la troisième phase. Deux des enroulements secondaires qui sont prévus sur les branches extérieures op- posées sont connectés en série et un redresseur auxiliaire est connecté dans leur circuit.
Les second et troisième redresseurs auxiliaires sont connectés dans le circuit des troisième et quatrième enroulements secondaires. Les cathodes de ces redresseurs auxiliaires sont connectées à un circuit de charge commun dans lequel une résistance est insérée. La tension qui apparaît aux bornes de cette résistance est une indication précise du courant redressé dans chaque phase du redresseur de puissance principale
On comprendra mieux les avantages et les caractéristiques nouvel- les de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent donnés simplement à titre d'exemple non limitatifs et dans lesquels : - la fig. 1 est une illustration schématique de l'incorporation de l'invention dans un système de contrôle de l'alimentation d'un moteur à courant continu par un redresseur triphasé;
- la figo 2 est une esquisse schématique d'un transformateur de courant triphasé qui est utilisé pour produire une tension qui est une indi- cation précise du courant redressé dans chacune des trois phases du redresseur principal et, - la figo 3 est un groupe de courbes caractéristiques qui facili- tent la compréhension du fonctionnement du transformateur.
En se référant aux figures, on vpit que l'armature du moteur à courant continu 1 est alimenté par l'intermédiaire d'un redresseur triphasé qui est représenté comme comprenant trois tubes redresseurs 2,3 et 4 qui sont de préférence des thyratrons. Ce redresseur triphasé est alimenté par l'intermédiaire d'un transformateur anodique 8, par une source triphasée con- venable qui est représentée par les trois lignes d'alimentation 5,6 et 7.
Comme représenté, le transformateur 8 possède un enroulement primaire connec- té en triangle et un enroulement secondaire connecté en étoile aux bornes 8a; 8b et 8c auxquelles les anodes 2a, 3a et 4a des thyratrons sont connectées au moyen des conducteurs 9,10 et 11, respectivement.
Pour contrôler le courant qui est fourni à l'armature du moteur, des moyens sont prévus pour appliquer à la grille de chacun des thyratrons une tension ayant une composante alternative et une composante continue varia- ble. Cette composante continue variable contrôle la phase du point d'alluma- ge du thyratron dans chaque demi-période positive de sa tension anodique, ce qui sert à contrôler l'amplitude moyenne du courant conduit par chaque thyra- tron.
La composante alternative est fournie par un transformateur 12 de tension de grille, triphasé, qui est constitué par les enroulements pri- maires 12a, 12b et 12c, connectés aux bornes secondaires 8a, 8b et 8c du
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transformateur anodique principal, et par les enroulements secondaires 12d,
12e et 12f qui sont connectés dans les circuits grille-cathode des thyratrons
2; 3 et 4, respectivement.
Comme chacun des enroulements primaires 12a, 12b et 12c, du transformateur de grille; est connecté aux bornes de deux des en- roulements secondaires du transformateur anodique, en série, les tensions in- duites dans les enroulements secondaires des transformateurs de grille seront déphasées d'environ 90 électriques par rapport aux tensions aux bornes 8a,
8b et 8c du transformateur anodiqueo En d'autres mots, la composante alter- native de tension qui est fournie à la grille de chaque thyratron va être déphasée en arrière par rapport à la tension anodique de ces thyratrons, de
90 environ.
La composante continue variable de la tension de grille est pro- duite par une unité de contrôle qui est représentée comme comprenant un poten- tiomètre 13, un tube électrique 14, et une résistance 15. Le potentiomètre est alimenté par une source convenable de tension continue de contrôleo
Cette source est illustrée comme étant constituée par un transformateur 16 de tension de contrôle ayant un enroulement primaire monophasé 16a qui est connecté aux conducteurs principaux d'alimentation 5 et 6, et un enroule- ment secondaire 16d à prise médiane. Une paire de condensateurs 17 et 18 sont connectés en série et leurs bornes extérieures 17a et l8a sont connec- tées par l'intermédiaire des redresseurs 19 et 20 aux bornes extérieures de l'enroulement secondaire 16b.
La borne commune 17b des condensateurs et la borne cathodique commune 21 des thyratrons sont connectées au point milieu 16c de l'enroulement secondaire. Les deux condensateurs servent donc de di- viseur de tension, la moitié de la tension de crête secondaire apparaissant aux bornes de chaque condensateur.
Le potentiomètre 13 est connecté aux bornes du condensateur 18.
Son curseur 13a est connecté à la grille 14c du tube 14 dont l'anode 14a est relié par la résistance 15 à la borne positive 17a du condensateur 17o Le circuit cathode-grille des thyratrons comporte le condensateur 17 et la ré- sistance 15 en série et, par conséquent, une composante de tension continue égale à la différence des tensions apparaissant aux bornes du condensateur 17 et de la résistance 15, s'ajoute à la composante alternative de tension dans le circuit de grilleo
De manière à fournir aux grilles des thyratrons une tension de polarisation continue qui est suffisamment négative par rapport aux tensions cathodiques pour produire une vitesse nulle du moteur lorsque le curseur 13a du potentiomètre est déplacé vers sa position la plus positive, c'est-à.-di- re,
vers sa position extrême dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre, une unité supplémentaire est connectée dans le circuit cathode-grille des thyratrons. Elle comprend un transformateur 16d, un condensateur 22 et un redresseur 23. Le condensateur est chargé sous une tension constante pré- déterminée et est connecté dans le circuit cathode-grille des thyratrons avec sa borne négative du côté des grilles. Sa tension est suffisamment négative pour polariser les thyratrons jusqu'à coupure du courant lorsque le curseir 13a est dans la position de^vitesse nulle. En conséquence, ce condensateur sera appelé "Condensateur de polarisation pour vitesse nulle".
Un filtre d'ondes est connecté aux bornes de l'armature du moteur 1, ce filtre comprenant une résistance 24 et un condensateur 25 connectés en série et ayant leur borne commune 24a connectée à la cathode 14d du tube 14 de contrôle de la vitesse.
Lorsque le curseur 13a est dans sa position extrême dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre, la tension de grille du tube 14 a sa valeur positive maximum et le tube conduit et produit une chute de ten- sion aux bornes de la résistance 15 qui est négative pour les grilles des thyratrons. Il en résulte que les tensions des grilles des thyratrons sont approximativement égales à la tension de la borne centrale 17b du diviseur de tension.
La tension de polarisation négative supplémentaire, aux bornes
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du condensateur 22, polarise les thyratrons jusqu'à coupure du courant d'où il résulte qu'une tension nulle est fournie au moteur et ce dernier est au repose
Le mouvement du curseur jusqu'à une position de vitesse intermé- diaire telle que par exemple la position de 25% de la vitesse qui est repré- sentée sur le dessin, rend la tension de la grille 14c plus négative par rap- port à la tension de la cathode 14b, diminuant ainsi la conduction du tube et diminuant en conséquence la chute de tension aux bornes de la résistance 15.
Ceci augmente la composante continue de la tension de grille des thyratrons ce qui provoque la conduction de ces derniers et une tension est fournie à l'armature du moteur lequel est accéléré à partir de sa position de repose
Lorsque sa vitesse augmente, sa contre-tension augmente aussi et la tension de la cathode 14b devient moins négative par rapport à la tension de la grille 14c. II en résulte que le courant traversant le tube 14 augmen- te, ce qui provoque un accroissement de la chute de tension aux bornes de la résistance 15o Ceci retarde le point d'allumage des thyratrons dans chaque demi-période positive de la tension anodique jusqu'à ce qu'une nouvelle con- dition d'équilibre soit établie dans laquelle la vitesse du moteur correspond au réglage du curseur 13a du potentiomètre.
Pour limiter le courant dans le circuit anode-cathode de chacun des thyratrons à une valeur sûre prédéterminée, une unité de contrôle est prévue pour produire une tension de contrôle proportionnelle au courant dans le circuit anode-cathode de chacun des thyratrons, pour la comparer avec une tension de référence et utiliser la différence entre ces tensions de référen- ce et de contrôle pour diminuer la composante continue de la tension de gril- le du thyratron.
La tension de référence de limitation du courant est produite au moyen d'un potentiomètre 26 qui est connecté aux bornes du condensateur 18 et qui est muni d'un curseur 26ao Pour produire la tension de contrôle pro- portionnelle au courant dans les circuits anode-cathode des thyratrons, un transformateur de courant triphasé 27, trois tubes électriques auxiliaires 28, 29 et 30, et une résistance 31, sont prévus. Comme représenté à la figo 2, le transformateur 27 possède un noyau 32 à trois branches, comprenant 2 branches extérieures 32a et 32b et une branche centrale 32co Sur la branche extérieure 32a sont prévus deux enroulements primaires 33 et 34 et deux en- roulements secondaires 35 et 360 De même sur la branche extérieure 32b sont prévus deux enroulements primaires 37 et 38 et deux enroulements secondaires 39 et 40.
Les enroulements secondaires 35 et 39 ont de préférence le même nombre de tours et les enroulements secondaires 36 et 40 ont de préférence chacun la moitié du nombre de tours des enroulements secondaires 35 et 390 Les enroulements primaires 33, 34, 37 et 38 ont tous le même nombre de tours.
Aucun enroulement n'est prévu sur la branche centrale 32c du noyauo L'enrou- lement primaire 33 est connecté dans le circuit anodique du thyratron 2 de telle manière que lorsque le thyratron est conducteur, le courant arrive par l'extrémité supérieure 32a d'où il résulte que le flux établi dans le noyau a la directismindiquée par les flèches en trait plein et graso Les enroule- ments primaires 34 et 37 sont connectés en série dans le circuit anodique du thyratron 3 de telle manière qu'ils produisent un flux dans la direction in- diquée par les flèches en traits pointillés. De même, l'enroulement primaire 38 est connecté dans le circuit anodique du thyratron 4 de manière que, lors- que le thyratron 4 est conducteur, le flux produit dans le noyau a la direc- tion indiquée par les flèches en trait plein fin.
Par conséquent, lorsque le thyratron 2 de la première phase est conducteur, la direction du flux est de bas en haut dans la branche 32a et de haut en bas dans la branche centraleo Lorsque le thyratron 3 de la seconde phase est conducteur, la direction du flux est de haut en bas dans la branche 32a et de bas en haut dans la branche 32b. Le flux dans la branche centrale est nul. Lorsque le thyratron 4 de la troisième phase est conducteur, la direction du flux est de haut en bas dans la branche 32b et de bas en haut dans la branche centrale.
De ce qui
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précède, il ressort que le fluxproduit dans chaque branche du noyau par les enroulements primaires 33, 34, 37 et 38, est alternatif et ne contient aucune composante continuée
Les enroulements secondaires 35, 36, 39 et 40 sont connectés en étoile avec les enroulements 36 et 40 connectés en série dans l'une des bran- ches de l'étoile. Les tubes électriques auxiliaires 28, 29 et 30 sont con- nectés respectivement dans les branches correspondantes de l'enroulement se= condaire connecté en étoile, comme représenté à la fige lo La résistance 31 est connectée dans le circuit de charge des tubes auxiliaires entre la con- nexion cathodique commune et le point neutre de l'enroulement secondaire.
Les résistances de charge 42 et 43 sont connectées aux bornes des enroulements secondaires' 35 et 39, respectivemento La résistance de l'élé- ment 31 est relativement élevée par rapport à la résistance des éléments 42 et 43. Le rapport se situe de préférence entre 10 et 20 à 1. Par exemple, la résistance de 1,'.élément 31 peut être de 100000 ohms et chacun des éléments
42 et 43 peut avoir une résistance de 10000 ohmso
La façon dont opère le transformateur 27 pour produire aux bornes de la résistance 31 une tension qui est une mesure précise du courant dans chaque phase du redresseur principal, se comprendra facilement en se référant au groupe de courbes caractéristiques de la figo 3 dans lesquelles les cour- bes 44, 45,
46 et 47 représentent les tensions aux bornes des enroulements secondaires 35, 36, 39 et 40o L'abscisse de ces courbes représente le temps et par conséquent, les périodes successives de conduction des thyratrons 2, 3 et 4 des premières seconde et troisième phases, respectivement.
Durant la période pendant laquelle le thyratron 2 est conducteur un flux est produit dans la branche extérieure 32a et dans la branche centrale du noyau et une tension est induite dans l'enroulement secondaire 35 qui est positive par rapport à l'anode du tube auxiliaire 28, comme représenté par'la première demi-période positive de la courbe 44 de la figo 3. De même, une tension est induite dans l'enroulement secondaire 36 puisque ce dernier est monté sur la même branche du noyau. Cependant, l'enroulement 36 est connec- té de telle manière que sa tension est négative vers l'anode du tube auxiliai- re 29, comme représenté par la première demi-période négative de la courbe 45.
Durant cette période de conduction, aucune tension n'est induite dans l'un on l'autre des enroulements secondaires 39 ou 40 puisque ces derniers sont montés sur la branche 32b du noyau. Par conséquent, la somme des tensions aux bor- nes des enroulements 36 et 40 connectés en série, est égale à la tension aux bornes de l'enroulement 36 et est négative vers l'anode du tube auxiliaire 29 comme représenté par la première demi-période négative de la courbe 48, qui représente la somme des tensions aux bornes des enroulements 36 et 40.
Par conséquent, seul le tube auxiliaire 28 conduit durant la période pendant la- quelle le thyratron 2 est conducteur et son courant produit une chute de ten- sion aux bornes de la résistance 31 qui est représentée par la première demi- période de la courbe 49, qui représente la tension aux bornes de cette résis- tance 31.
Durant la période pendant laquelle le thyratron 3 est conducteur, les enroulements primaires 34 et 37 sont alimentés et des flux sont produits dans les deux branches extérieures du noyau. Des tensions sont également in- duites dans les enroulements secondaires 35 et 36o Comme le flux produit par l'enroulement primaire 34 est en direction inverse dans la branche 32a du noyau par rapport au flux qui était produit par l'enroulement primaire 33, les tensions induites dans les enroulements secondaires 35 et 36 sont inver- sées, comme représenté par les secondes demi-périodes des courbes 44 et 45.
En d'autres termes, la tensioninduite dans l'enroulement secondaire 35 est@né- gative vers l'anode du tube auxiliaire 28 et la tension induite dans l'enrou- lement secondaire 36 est positive vers l'anode du tube auxiliaire 290
Simultanément, un flux est produit par l'enroulement primaire 37 dans la branche 32b du noyau et des tensions sont induites dans les enroule-
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ments secondaires 39 et 40. La tension induite dans l'enroulement 39 est né- gative vers l'anode du tube auxiliaire 30 comme représenté par la première demi-période négative de la courbe 46. D'autre part, la tension induite dans 1' enroulement 40 est positive vers l'anode du tube auxiliaire 29, comme repré- senté par la première demi-période positive de la courbe 47.
Comme les ten- sions induites dans les enroulements 35 et 39 sont négatives vers les anodes de leurs tubes auxiliaires respectifs 28 et 30, ces valves ne sont pas con- ductriceso Cependant, la somme des tensions aux bornes des enroulements 36 et 40 connectés en série, est positive vers l'anode de la valve 29, comme représenté par la seconde demi-période positive dola courbe 480 Par consé- quent, le tube 29 conduit et produit une chute de tension aux bornes de la résistance 31 qui est représentée par la seconde demi-période de la courbe49.
Comme le nombre de tours des enroulements secondaires 3 6 et 40 est seulement égal à la moitié de celui des enroulements secondaires 35 et 39, l'amplitude de la tension induite dans chacun des enroulements 36 et 40 est égal à la moitié de l'amplitude de la tension 'induite dans la bobine 35o Par conséquent l'amplitude de la somme des tensions induites dans les deux enroulements se- condaires 36 et 40, est égale à l'amplitude de la tension induite dans l'en- roulement 35, comme représenté à la figo 4 par la seconde demi-période de la courbe 48, dont l'amplitude est égale à celle des demi-périodes de la courbe 44.
Durant la période pendant laquelle le thyratron 4 est conducteur, l'enroulement primaire 38 est alimenté. Il produit un flux dans la branche32b du noyau qui induit une tension dans l'enroulement secondaire 39 qui est po- sitive vers l'anode du tube auxiliaire 30, et il produit une tension corres- pondante dans l'enroulement secondaire 40 qui est négative vers l'anode du tube auxiliaire 29o Ces tensions sont représentées par la seconde semi-pé- riode positive de la courbe 46 et la seconde demi-période négative de la courbe 47. La tension induite dans l'enroulement 39 rend conducteur le tube auxiliaire 30 et produit une chute de tensiomaux bornes de la résistance 31 qui est représentée par la troisième demi-période de la courbe 49.
Comme la résistance de l'élément 31 est de l'ordre de 10.000 ohms, le courant qui la traverse est relativement faible, quelques milliampères par exemple. Par conséquent, la composante du flux continu que ce courant redres- sé produit dans le noyau, est très petite. De plus, son effet est tellement surpassé par celui de la composante alternative relativement grande produite par la résistance relativement faible des éléments 42 et 43, que son effet est insignifiant et qu'il peut être négligée
Gomme ce flux continu produit dans le noyau 32 par les courants secondaires redressés est insignifiant, le noyau n'est pas saturé et la chute de tension produite aux bornes de la résistance 31 durant la période pendant laquelle chacun des thyratrons est conducteur, est une mesure certainement précise du courant dans chaque période de conduction.
Un tube 50 est .prévu pour comparer la chute de tension aux bor- nes de la résistance 31 avec la tension de référence de limitation du courant pour laquelle le potentiomètre 26 est réglé. Bien que ce tube 50 puisse être de tout type convenable, il est de préférence la moitié d'un tube triode dou- ble à enveloppe unique, dont l'autre moitié est le tube 14 de contrôle de la vitesseo
L'anode 50a du tube 50 est connectée à la borne 15a de la résis - tance 15 à laquelle l'anode 14a du tube de contrôle de la vitesse est égale- ment connectée Sa cathode 50b est connectée au curseur 26a du potentiomètre de limitation du courant, et sa grille 50c est connectée à la borne positive de la résistance 310
Aussi longtemps que le courant conduit par chacun des thyratrons est inférieur à la valeur pour laquelle le potentiomètre 26 est réglé,
le tube 50 n'est pas conducteur et n'a aucun effet sur le circuit de limitation du courante Cependant, si le courant conduit par l'un des thyratrons devient supérieur à la valeur prédéterminée, la chute de tension aux bornes de la
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résistance 31 croit et rend la tension de grille du tube 50 suffisamment moins négative pour que ce tube 50 devienne conducteuro Il en résulte que la chute de tension aux bornes de la résistance 15 augmente et la composante continue de la tension fournie aux grilles des thyratrons 2, 3 et 4, est réduite.
Ceci retarde le point d'allumage des thyratrons dans chaque demi-période positive de leurs tensions anodiques avec le résultetoue le courant conduit par chaque thyratron est diminué de façon correspondanteo Cette action continue jusqu'à ce que le courant conduit par chacun des thyratrons est diminué jusqu'à une valeur qui est égale ou inférieure à la valeur pour laquelle le potentiomètre 26 de limitation du courant est régléo