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La présente invention concerne, de façon générale, les systèmes de transformation d'énergie électrique et, plus spécialement, les re- dresseurs du type à connexions de redressement tridiamétrales.
L'invention procure différents ensembles de connexions offrant des avantages dans le domaine étendu des connexions tridiamétrales pour redresseurs ou, en général , des dispositifs à conduction asymétrique.
Des perfectionnements sont aussi apportés à l'application du principe du noyau à entrefer court-circuité par une section aimantable réduite dans le domaine général des connexions tridiamétrales pour plusieurs disposi- tifs monophasés à conduction asymétrique entièrement séparés calculés plus en fonction du courant de pointe consommé dans chaque dispositif, que du courant moyen ou de la capacité thermique du dispositif.
Ce dernier aspect de l'invention est basé sur les faits suivants.
Une connexion de redressement tridiamétrale exige un transformateur de
15% plus grand qu'une connexion en étoile double. Dans le cas d'ignitrons ou de redresseurs monoanodiques à cathodes vaporisables utilisant un ré- servoir de grand diamètre avec de grands espacements intérieurs, le ré- gime de chaque dispositif est déterminé par le courant de pointe, plutôt que par le courant moyen. L'arc établi dans un réservoir ou tube de ce genre s'éteint à la fin de chaque période conductrice, et le degré d'ioni- sation, et par conséquent la vitesse d'extinction à la fin de chaque péri- de conductrice dépendent du courant de charge de pointe et non du courant moy n.
Dans un redresseur polyanodique, d'autre part, un arc joue sans in- terruption dans le tube, étant toujours accroché à un bain cathodique commun à toutes les anodes, de sorte que le courant de pointe n'a pas la même importance.
Les gros tubes ignitrons actuels sont calculés de façon que la superficie de l'anode soit plus que suffisante pour rayonner les per- tes de chaleur à l'anode vers les parois du tube, de sorte que le cou- rant de régime du tube n'est pas limité par sa capacité thermique; eh d'autres mots, la capacité thermique est exagérée. Comparée à la con- nexion en étoile double des ignitrons, la connexion tridiamétrale ex- ploite à fond cette réserve de capacité thermique propre à l'ignitron, ainsi que la réduction dans le rapport de 3 à 2, du courant de pointe de chaque tube, aussi comparativement à la connexion en étoile double.
En outre, la réduction du courant de pointe et la période de conduction plus longue propres à la connexion tridiamétrale des ignitrons a pour résultat une chute de tension d'arc moindre, ce qui signifie un rendement meilleur du redresseur. Il y a une réduction de courant de 18% dans chaque phase redressée, ce qui entraîne une réduction des capacités en courant des sectionneurs d'anode et des bornes de passage des transfor- mateurs. Il y a aussi une réduction de 42% ou une autre réduction considé- rable de la valeur des courants de court-circuit ou des courants inverses de pointe, ce qui réduit la nécessité de fretter les transformateurs, les courants de rupture des sectionneurs d'anode, et les risques d'endommage- ment des redresseurs eux-mêmes.
Si on prend tous ces facteurs en considé- ration dans le calcul d'une installation complète, on réalise un gain général de l'ordre de 15 ou 20% dans les régimes, en passant de la con- nexion en étoile double à la connexion tridiamétrale des ignitrons.
Comme la connexion tridiamétrale entraîne une sérieuse élévation de tension aux faibles charges, ce qui limite fortement l'intérêt de cette connexion, il est habituellement nécessaire de prévoir un entre- fer court-circuité pour tirer tous les avantages de l'invention, cet entre- fer court-circuité servant à réduire la charge utile minimum ne provoquant
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pas d'élévation de tension, à une valeur assez petite pour être con- stituée par une petite charge fictive connectée de façon permanentequi ne détériore pas trop les rendements et les économies obtenus par l'inven- t ion
Dans l'application des connexions tridiamétrales aux redres- seurs semiconducteurs, il faut noter qu'avec ce genre de redressement, la chute de tension est déterminée par le courant de pointe,
de sorte qu' une réduction de ce dernier non seulement augmente le régime des redres- seurs semi-conducteurs, mais réduit en outre les pertes, ce qui augmen- te le rendement. Les redresseurs semi-conducteurs sont aussi rapidement endommagés par les courants de court-circuit auxquels ils sont exposés, et, par conséquent, une réduction de 42% des courants de court-circuit est spécialement intéressante- dans l'application de la présente invention aux redresseurs semi-conducteurs.
Ces considérations et d'autres encore montrent que la pré- sente invention a pour résultat d'augmenter de façon intéressante les régimes, de réduire le coût, d'améliorer le rendement et d'affaiblir les effets des courants de court-circuit.
L'invention ressortira clairement de la description, donnée ci-après, de plusieurs formes d'exécution préférées représentées, à titre d'exemple, au dessin annexé, dont les quatre figures sont des vues schématiques de circuits et d'appareils représentant l'invention sous quatre formes différentes.
La figure 1 représente une forme d'exécution fondamentale de l'invention, qui utilise six ignitrons ou redresseurs monophasés entière- ment séparés R1 à R6, ou autres dispositifs à conduction asymétrique dont le régime de chaque appareil est déterminé plus par le courant de pointe que par la capacité thermique de l'appareil. Chaque redresseur peut comprendre une seule anode principale 7, une grille 8, un igniteur ou électrode d'amorçage 9 et un bain cathodique 10 habituellement de mer- cure ou autre métal vaporisable.
Chacun des six redresseurs R1 à R6 (voir figure 1) constitue un dispositif électrique à atmosphère de vapeur com- prenant une trajectoire monophasée de courant spatial entre une anode et une cathode, chaque dispositif électrique à atmosphère de vapeur ayant sa propre cathode individuelle.
A la figure 1, comme dans les autres formes d'exécution de l'in- vention représentées à titre d'exemple, l'invention est décrite appliquée à un système redresseur pour transférer de l'énergie d'un réseau polypha- sé à un système à courant continu, mais il va de soi que, dans chaque cas, les redresseurs (en utilisant les commandes voulues) peuvent être utilisés à l'envers pour transférer de l'énergie d'un système à courant continu à une système polyphasé.
A la figure 1, les trois lignes, A, B, C d'un réseau triphasé alimentent un transformateur de puissance qui peut consister en un trans- formateur triphasé ou en un ensemble de transformateurs monophasés conve- nablement connectés. Le transformateur de puissance comprend un enroule- ment secondaire hexaphasé ayant des bornes numérotées 1 à 6, suivant l'or- dre des phases. Sur la figure 1, les trois enroulements secondaires mono- phasés ayant des paires de bornes diamétralement opposées 1-4, 3-6 et 5-2, sont pourvus de points médians séparés ou non connectés respectifs A', B' et C'.
Sur la figure 1, les conducteurs de courant continu portent les références respectives (+) et (-). Les six redresseurs R1 à R6 sont con-
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nectés, dans des circuits ou phases redressées individuelles, entre le conducteur continue positif (+) et les six bornes secondaires 1 à 6 qui constituent les six conducteurs de phase de ces redresseurs. Habituelle- ment chaque phase redressée contient aussi un sectionneur d'anode 15. Les trois prises médianes secondaires séparées A', B' et C' sont reliées, par trois circuits séparés, au conducteur continu négatif (-).
Les connexions ainsi décrites sont les connexions tridiamétrales qui consistent pratiquement en trois redresseurs monophasés biplaques, alimentés par les trois phases correspondantes A, B et C.Il est coutant, dans le cas des connexions tridiamétrales, de prévoir une réactance d'équili- brage de charge servant à équilibrer, en substance, les courants continus des divers redresseurs.
La figure 1 prévoit un équilibrage de charge de ce genre consistant en trois réactances séparées A", B" et C" pourvues chacune de leur propre noyau aimantable à entrefer 20, pour équilibrer les courants continus totaux des trois connexions monophasées à double al- ternance, par paires., Le noyau 20 de la réactance A" porte deux en- roulements 21 et 22, le noyau 20 de la réactance B" porte les deux enrou- lements 23 et 24, et le noyau 20 de la réactance C" porte les deux enrou- lements 25 et 26. Les enroulements 21 et 24 sont reliés en série entre la prise médiane A' et le conducteur négatif (-), tandis que les enroule- ments 23 et 26 sont reliés de même entre la prise médiane B' et le con- ducteur négatif (-), et les enroulements25 et 22 sont reliés entre la prise médiane C' et le conducteur négatif (-).
Les composantes continues véhicules par les trois prises médianes A', B' en C' sont donc équilibrées par paires, puisque toutes les réactances 21 à 26 ont le même nombre de spires et sont, autrement, semblables entre elles.
Chaque noyau de réactance 20 a une section transversale suffi- Eante pour les courants non équilibrés prévus, et est pourvu d'un entre- fer 27 empêchant la saturation du noyau par de gros courants de déséquili- bre. Chaque noyau comprend en outre un petit noyau auxiliaire aimantable 28 qui court-circuite l'entrefer 27 de manière à réduire le courant mag- nétisant de la réactance pour des charges en continu très faibles appli- quées au redressement Les trois réactances d'équilibrage de charge à deux bobines A", B", C" a- gissent donc plus individuellement qu'une réactance triphasée, et les trois noyaux individuels 20 sont susceptibles d'être calculés de façon plus indépendante que dans le cas d'un noyau triphasé.
S'il y a un désé- quilibre de courant dans les deux enroulements portés par un noyau 20 quelconque, un flux est produit, dans ce noyau, qui induit, dans les en- roulements, une tension tendant à équilibrer les deux courants entre eux.
La figure 1 représente une résistance de charge à faible courant 29 connectée, de façon permanente, entre les conducteurs de courant conti- nu (+) et (-), et servant à adapter le dispositif aux systèmes à courant continu dont le courant de charge peut tomber à zéro ou à une valeur infé- rieure à la valeur critique où les noyaux auxiliaires de court-circuit 28 permettent une élévation de tension. Il va de soi que cette petite charge fictive 29 peut être utilisée aussi dans les autres formes d'exé- cution de l'invention. Dans le cas de fonctionnement inverse, la charge fic- tive 29 est connectée entre les conducteurs de courant alternatif qui constituent alors les conducteurs de charge ou de sortie de l'ensemble.
La figure 2 représente une forme modifiée de l'invention, où les enroulements 21' à 26' des réactances sont placés dans les fils d'anode ou les phases redressées respectives. Dans ce cas, les deux enroulements de cahque paire de phases diamétralement opposées sont placés sur une branche propre de noyau aimantable 20' et chaque branche est pourvue, de préférence, de son propre entrefer 27 et de son petit noyau auxiliaire
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de .co:urt-crcitit 28t comme -PméQit,-9. - , La figure 2 représente enoore une autre différence d'exécution, en ce que les trois branches de noyau 20' sont des branches ou phases d'un noyau de réactance triphasé 30, cha- que phase ou branche 20' portant deux enroulement diamétralement opposés.
A la figure 2, comme les réactances d'équilibrage de charge se trouvent dans les conducteurs d'anodes ou phases redressées, l'enroulement secondaire du transformateur de puissance, peut être connecté comme un secondaire hexa- phasé en étoile à point neutre commun N connecté au conducteur continu né- gatif (-)o L'appareil de la figure 2 fonctionne comme celui représenté à la figure 1, avec les modifications précitées, excepté que, sur la figure 2, les connexions des conducteurs anodiques peuvent servir à limiter le courant inverse ou le courant de court-circuit, dans tout redresseur, d'une façon un peu meilleure qu'avec les connexions de réactances de la figure 1, par exemple.
La figure 3 représente encore une autre forme d'application des connexions tridiamétrales, où les courants des trois phases peuvent être différents entre eux. Dans ce cas, au lieu d'utiliser les réactances mutuelles d'équilibrage de charge A", B", C" de la figure 1, on utilise des
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self-inductions ou réactances A" BI" 0"? comportant chacune un noyau aiman- table à entrefer 31 et un enroulement propre 32 connecté entre le conduc- teur négatif (-) et la prise médiane correspondante A', B' ou C' suivant le casa Le circuit de la figure 3 peut être utilisé dans des cas d'applica- tion où on doit pouvoir mettre hors service certains tubes R1 à R6, sans faire varier notablement la tension continue moyenne.
Dans les trois formes d'exécutions vues jusqu'ici, on a considé- ré un système triphasé de redresseurs monophasés biplaques à enroulements de transformateur dont une prise médiane est utilisée pour le circuit de retour des redresseurs. Il va de soi qu'au point de vue général on peut utiliser des redresseurs connectés en pont; dans ce cas il faut utiliser deux fois plus de redresseurs individuels, chaque phase ou circuit de re- dressement contenant, en fait, deux redresseurs en série entre eux, de sorte que la tension entre fils du circuit de puissance puisse être par- tout doublée.
Un circuit à redresseurs en pont de ce genre est représenté à la figure 4, où les trois phases secondaires 1-4, 3-6 et 5-2 sont les mêmes qu'
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a la 3.g..e ,,, pzâ, à la fir.e31.mais- sans -:Cès prisé médianes g' ,B' , C' En plus âés:aiE!redresaBQrs)pEr&<3ésR¯ à R., les connexions de la figure 4 utilisent six redresseurs supplémentaires Rl, à IL-, connectés chacun, dans un circuit ou une dérivation continue, en série avec le redresseur correspondant por- tant le même chiffre de référence sans signe prime, de façon à obtenir trois
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redresseurs en pont : (-) -R5, -5-R5 BC-R2 2-R2,i (-) -R3,- 3-R -BB-R -6- R6; et(-) -R1,-1-Rl-BA-R-Q-R4,.
Les trois sommets BA, BB et BC de la figure 4 sont reliés au fil continu positif (+) par tout dispositif de réactance d'équilibrage de charge convenable, comme un noyau de réactance triphasé 50 pourvu d'enroulements réactifs XA, XB et XC montés sur les différentes branches ou phases du noyau triphasé 500 On peut aussi utiliser tout autre moyen d'équilibrage de charge convenable, comme celui de la figure 1. L'e pré- férence, les branches individuelles du noyau triphasé 50 de la figure 4 comportent chacune 'un entrefer 27 court-circuité par un petit noyau auxiliaire 28, comme précité. Le montage de redressseurs en pont de la figure 4 a l'avantage du maintien de la conduction durant 180 dans les redresseurs, ce qui donne une perte minimum et réduit considérablement le courant de court-circuit maximum possible.
La self -induction de cha-
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que branche de la réactance 50 empêche que de fort.- courant; de court- circuit; soient renvoyés des conducteurs à courant continu (+) et (-) vers un redresseur défectueux.
La figure 1 représente les redresseurs sous forme d'ignitrons.
Les figures 2, 3 et 4 les représentent par le symbole redresseur classi- que qui signifie tout type de redresseur. La présente invention, dans toutes ses formes d'exécution, envisagé que chaque redresseur individuel soit d'un type dont le régime est déterminé par le courant de pointe plutôt que par la capacité thermique du redresseur.Deux types de redresseurs clas- siques ont été considérés ici au début de la description,notamment l'igni- tron et toute forme de redresseur statique ou semi-conducteur,et il est en- tendu que la présente invention englobe l'utilisation de ces deux types de redresseurs généraux.
REVENDICATIONS
1.- Système de transfert d'énergie électrique, caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur de puissance à connecter entre des conducteurs de courant triphasés et hxaphasés, plusieurs dispositifs monophasés à conduction asymétrique séparer d'un type dont le régime est déterminé par le courant de pointe plutôt que par le courant moyen du dispositif, et une connexion tridiamétrale pour établir trois con- nexions monoohasées à double alternanc servant à relier les dispositifs à conduction asymétrique entre des conducteurs de courant continuet trois pai- res de bornes diamétralement opposées des dits conducteurs de courant hexaphasés, la dite connexion tridiamétrale comprenant des réactances d'é- quilibrage de charge pour équilibrer, en substance,
les courants dans les trois connexions monophasées à double alternance.