Installation de transformation électrique. Cette invention est relative à une instal lation de transformation électrique à conver tisseur utilisée pour transformer un courant continu en un courant alternatif.
Lorsqu'un convertisseur du type à arc est utilisé pour produire du courant alternatif à l'aide de courant continu, .chacune des lampes ou valves du convertisseur passe par trois stades au cours de chaque cycle de tra vail complet. Le premier de ces stades peut être appelé "période de conduction". La forme ondulatoire du courant de .sortie d'un convertisseur est telle que le courant passant dans une valve quelconque doit s'élever de zéro à sa valeur maximum .dans un temps très court.
Lorsqu'un convertisseur produit du cou rant continu, une période de commutation de durée anormalement longue, ou l'amorçage occasionnellement retardé d'une des valves, passerait inaperçu. Par contre, lorsque le convertisseur fonctionne de façon à produire du courant alternatif; une commutation exacte devient une question de grande impor tance parce que, dans ce cas, il faut, pour que la commutation soit satisfaisante, que l'amorçage ait lieu exactement à des inter valles de temps fixes et que l'arc soit com- pl.étement transféré dans une période de temps déterminée après l'amorçage de la valve.
Si la commutation n'est pas terminée dans la période de temps admissible, le con vertisseur ne réussit pas -à terminer la com mutation, et l'action de la valve se trouve perdue, ceci occasionnant un allumage avancé.
Le second stade peut être appelé "période de redressement". Lorsque le courant traver sant une valve est réduit à zéro, la tension de l'anode devient rapidement négative par rapport à la cathode. Pendant le court inter valle de temps pendant lequel l'anode reste négative, une décharge de sens inverse dite "arc en retour" risque de ,se produire dans la valve.
Dans un convertisseur produisant du courant alternatif, un arc en retour n'a guère d'importance, étant donné que le courant in verse qui en résulte se trouve rapidement réduit à zéro et que le seul effet nuisible d'une telle décharge est que la zone de l'arc reste à un état extrêmement ionisé et, par conséquent, augmente grandement la proba bilité d'une avance à l'allumage pendant le troisième stade du fonctionnement.
La troisième période du cycle, la plus longue dans les convertisseurs polyphasés, peut être appelée "période de commande". Pendant cette période, l'anode est positive par rapport à la cathode, et il est nécessaire de prévoir un dispositif de commande pour empêcher la formation d'un arc avant que la période -de conduction suivante se trouve atteinte. La perte de contrôle qui se produit fréquemment pendant cette période et qui occasionne la formation prématurée d'un arc, ou avance à l'allumage, est l'inconvénient le plus grave des convertisseurs connus jusqu'à ce jour.
L'avance à l'allumage -des valves de con vertisseurs antérieurs provoquait le court- circuitage tant du circuit d'alimentation que du circuit d'utilisation et, par conséquent, l'ouverture de disjoncteurs et l'interruption du service.
Dans le fonctionnement de convertisseurs servant à la production de courant alterna tif, il est nécessaire de commuter les valves du convertisseur pendant que la tension de phase de la valve en cours -de commutation est négative par rapport à la tension de phase de la valve suivante. Jusqu'à c) jour, on considérait qu'il est désirable de commu- ter les valves à un instant considérablement avancé par rapport à l'instant auquel l'anode de la valve commutée devient positive par rapport à l'anode de la valve suivante. Il en résulte que le convertisseur travaille avec un facteur de puissance avançant.
S'il se pro duit une avance à l'allumage dans une des valves inactives du convertisseur, il devient nécessaire de commuter la valve suivante à un instant suffisamment avancé, par rapport à la période de commutation usuelle de cette valve, pour qu'il existe dans le convertisseur une quantité suffisante d'énergie déwattée en avant pour assurer la commutation, si l'an veut éviter une interruption de service.
Dans les convertisseurs tels qu'ils étaient établis ,jusqu'à ce jour, il était nécessaire, pour obtenir un fonctionnement sûr, de com- muter constamment les valves sous. un fac teur de puissance suffisamment avancé pour qu'on évite les allumages les plus avancés. Ce mode de travail est toutefois extrêmement indésirable, étant donné que le facteur de puissance médiocre de la conversion rend né cessaire de donner une puissance supplémen taire en K. V. A. au côté à courant alter natif du convertisseur.
Une installation de transformation élec trique semble être désirable, dans laquelle le circuit du potentiel de commande pour les valves du convertisseur serait pourvu de moyens propres à, augmenter l'angle d'allu mage des valves du convertisseur sous l'in fluence d'une avance à l'allumage se produi sant dans une valve quelconque. L'avance ment de l'angle d'allumage de la valve sui vante produirait une quantité suffisante d'é nergie déwattée en avant pour commuter la valve et permettre ainsi au convertisseur de franchir la période d'allumage avancé sans qu'il se produise une interruption "de service.
Après la commutation de celle des valves dans laquelle il s'est produit un allumage avancé, on pourrait graduellement ramener l'instant d'allumage du convertisseur à l'état normal sans perdre le contrôle, ce qui permet trait à l'installation de travailler en tout temps avec le facteur de puissance le plus favorable.
L'installation suivant l'invention sert à la fourniture d'un courant à un réseau desser vant des appareils à courant alternatif, au moyen d'un convertisseur comprenant une série de valves électriques dont chacune com porte une électrode de commande recevant de l'énergie en vue de réagir la conductivité des- dites valves, cette installation étant caracté risée par un dispositif influencé par la perte de contrôle des électrodes de commande pour augmenter la force électromotrice intégrée dont on dispose pour transférer le courant d'une valve à la suivante.
Pour mieux faire comprendre l'invention, on décrira maintenant, à titre d'exemples, en se référant au dessin annexé, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
Fig. 1 représente schématiquement une installation à convertisseur selon l'invention: Fig. 2 est une vue analogue à fig. 1, mais représentant une variante du dispositif ser vant à faire varier l'instant de l'allumage du convertisseur; Fig. 3 représente une autre forme d'exé cution;
Fig. 4 est une représentation schématique d'un convertisseur comportant un dispositif supplémentaire dont le rôle est d'augmenter le potentiel de commutation dont on dispose pour commuter les valves du convertisseur; Fig. 5 est une représentation schématique d'une variante; Fig. 6 et 7 sont des graphiques représen tant les relations entre les potentiels dans un convertisseur de l'installation suivant l'inven tion.
Dans le fonctionnement du convertisseur à. valves envisagé pour la production de cou rant alternatif à l'aide de courant continu, il est nécessaire de commuter chaque valve avant que la tension du transformateur asso cié à la valve suivante soit devenue plus grande que la tension du transformateur asso cié à la valve commutée. Ceci s'obtient en libérant la valve suivante en un point précé dant celui auquel la tension anodique de la valve commutée devient positive par rapport à la tension anodique de la valve suivante, ce qui permet de tirer du convertisseur une quantité suffisante de courant déwatté en avant pour fournir l'énergie déwattée qu'exige la charge.
Dans le cas éventuel d'une perte de con trôle ou d'un allumage prématuré de la valve inactive, c'est-à-dire dans le cas où la valve s'allumerait avant sa période tle conduction normale, le courant dérivé de la ligne à cou rant continu augmenterait rapidement, de sorte que le fait de libérer la valve suivante à l'intervalle de temps normal ne permettrait pas d'obtenir une force électromotrice com- mutante suffisante pour éteindre le courant passant dans la valve où un allumage avancé s'est produit.
On peut remédier à cela en aug mentant l'angle de commutation ou en avan çant l'instant d'allumage de la valve suivante de façon à dériver une quantité suffisante de courant déwatté en avant pour éteindre le courant dans la valve où s'est produit un allu mage prématuré. C'est ce que représente sché matiquement la fig. 6, dans laquelle I indique l'instant normal auquel la valve B doit être libérée pour transférer le courant de la valve A à la valve<I>B,</I> et dans laquelle<I>I'</I> indique l'instant auquel la valve B doit être libérée pour assurer la commutation après un allu mage avancé dans la valve A.
Dans la forme d'exécution selon la fig. 1, une source de courant continu 1 fournit un courant d'utilisation à un réseau 2 desservant des machines à courant alternatif par l'inter médiaire d'un transformateur de couplage 3 qui est commandé à l'aide de valves électri ques convenables 4 et 5, de préférence du type à arc à vapeur.
Les valves 4 et 5 du convertis seur sont munies d'électrodes de commande convenables, usuellement constituées par des grilles de commande 6 et 7, recevant un po tentiel de commande d'une source de com mande convenable, qui est usuellement un transformateur de commande 10 auquel est appliqué un courant alternatif de la même fréquence que celle qui est désirée dans le réseau d'utilisation de courant alternatif 2.
Une batterie 12 ou source convenable de cou rant continu de polarisation est montée entre les cathodes 1.3, 14 et les grilles @6 et 7 des valves 4 et 5 pour déterminer l'instant d'allu mage normal des valves 4 et 5 du convertis seur.
S'il se produit un allumage avancé dans une des valves 4 ou 5 du convertisseur, il est désirable que l'instant d'allumage soit avancé dans la valve suivante de façon qu'on dispose pour la commutation d'une force électromo trice de valeur et durée suffisantes pour com- muter le courant de la valve où un allumage avancé a eu lieu. A cet effet, il est prévu une valve auxiliaire ou valve de by-pass 15 par laquelle une partie du potentiel de polarisa tion 12 peut passer directement de façon à permettre d'avancer l'allumage de la valve suivante. Pour commander la valve auxiliaire 15, il est prévu un transformateur de courant 20 monté en série avec la source de courant continu 1 et servant à produire le potentiel de commande de la grille 21 de la valve auxi liaire 15.
Pour rétablir l'instant d'allumage normal après le fonctionnement de la valve auxiliaire 15, une capacité convenable 25 est disposée en série avec cette valve.
Dans le fonctionnement de cette installa tion, si l'on suppose qu'un allumage avancé s'est produit dans la valve de gauche 4 du convertisseur, l'accroissement du courant con tinu passant dans le transformateur série 20 donnera naissance à une impulsion de tension qui libérera la grille 21 de la valve auxiliaire 15 et diminuera le potentiel de polarisation 12 appliqué à la grille 7 de la valve de droite 5, en permettant ainsi à cette valve d'être tra versée par le courant à un instant qui précède l'instant d'allumage normal.
L'allumage nor mal de la valve est suffisamment avancé par rapport au zéro normal de la tension de la valve en cours de commutation pour qu'on dispose de la force électromotrice afférente à l'aire I de fig. 6 en vue de commuter la valve. Toutefois, en avançant l'instant où la valve suivante est libérée, une quantité supplémen taire d'énergie déwattée, représentée par l'aire I', devient disponible et utilisable pour produire la commutation désirée.
Pour le fonctionnement normal de l'ins tallation, la force électromotrice intégrée (qui pourrait éventuellement aussi être appelée "énergie déwattée") représentée par l'aire I en fig. 6 est suffisante pour produire la commu tation, mais dans le cas d'un allumage avancé, il est nécessaire d'augmenter la force électro motrice. Il est évident que cela peut être réa- lisé soit en augmentant le temps, comme il est indiqué en I' en fig. 6, ou en augmentant le voltage disponible, comme il est montré par la courbe VZ à la fig. 7.
Dans les deux cas, c'est l'énergie disponible (c'est-à-dire le produit de la force électromotrice et du temps) donnant lieu à la commutation qui est aug mentée.
Dans la variante selon la fig. 2, le poten tiel de polarisation nécessaire pour avancer l'instant d'allumage des valves 4 et 5 est ob tenu avec une résistance 30 montée en série avec la source de courant continu 1. Dans le fonctionnement de ce mode de réalisation, l'instant d'allumage du convertisseur varie constamment de façon à engendrer une quan tité suffisante de courant déwatté pour com- muter les valves. Par conséquent, dans le cas d'un allumage avancé et de l'accroissement qui en résulterait du courant continu, l'ins tant d'allumage serait avancé dans une me sure suffisante pour commuter les valves.
La fig. 3 montre une forme d'exécution se prêtant particulièrement à l'alimentation de machines statiques à courant alternatif. La source de courant continu 1 alimente la charge statique 31 par l'intermédiaire d'un transformateur 3 qui est commandé par les valves 4 et 5 et, étant donné qu'il n'existe pas de tension inverse pour commuter le conver tisseur, on a disposé une capacité de commu tation convenable 34 aux bornes du transfor mateur 3. Les électrodes de commande des valves 4, 5 du convertisseur sont reliées aux bornes d'un transformateur de commande convenable 10, qui est lui-même alimenté par nu convertisseur produisant une fréquence fixe.
Ce convertisseur est alimenté de courant continu par des valves 40, 41 à commande par grille, et les grilles 42, 43 des valves 40, 41 sont alimentées par une capacité 45 bran chée aux bornes du primaire du transforma teur auxiliaire 10. Des résistances convena bles 46, 47 sont intercalées entre les bornes du transformateur et les bornes de la capa cité 45 pour déterminer la fréquence normale de fonctionnement des valves à commande par grille 40, 41. Un transformateur de cou- rant 50 est connecté en série avec la source de courant continu 1, ce transformateur 50 comportant des enroulements secondaires 51, 52 montés en série entre la capacité de com mande 45 et les grilles 42, 43 des valves auxiliaires 40, 41.
Dans le cas où il se pro duirait une avance à l'allumage dans l'une des valves principales 4, 5 du convertisseur, l'accroissement du courant passant dans l'ins tallation à courant continu 1 produirait dans les secondaires 51, 52 du transformateur de courant 50 une tension qui, étant donné qu'elle est en série avec la tension normale de la capacité de réglage 45, aurait pour effet de libérer les grilles 42, 43 des valves auxi liaires 40, 41 à un instant avancé, augmen tant ainsi momentanément la fréquence appli quée au transformateur de commande 10 pour avancer l'instant auquel les électrodes de commande 6, 7 des valves 4, 5 du convertis seur sont libérées.
Pour éviter de retarder exagérément l'ins tant d'allumage des valves 40, 41 sous l'in fluence d'une diminution de courant continu, on a disposé, en parallèle avec le secondaire du transformateur de courant, une soupape auxiliaire 55, de préférence du type à oxyde de cuivre, par laquelle le courant peut passer directement.
Pour certains types de charges, il est pos sible d'obtenir le courant déwatté supplémen taire qui est nécessaire pour commuter les valves en augmentant momentanément le po tentiel du courant alternatif.
Dans la disposition selon la fig. 4, on a représenté une installation à convertisseur qui se prête particulièrement à la fourniture d'un potentiel à un moteur 60 du type synchrone. Le champ inducteur du moteur est divisé en deux enroulements dont l'un, 61, reçoit une excitation sensiblement constante, et l'autre, 62, est connecté en série avec la source de courant continu 1 pour créer un effet de com- poundage. Dans le cas où un allumage avancé viendrait à se produire dans l'une des valves du convertisseur,
l'inducteur série 62 soumet trait le moteur à une surexcitation et lui ferait produire une quantité importante d'é nergie déwattée en avant, laquelle énergie de viendrait alors disponible pour la commuta tion de la valve suivante. Ce mode de travail est représenté schématiquement dans la fig. 7, dans laquelle la courbe en trait discontinu montre l'accroissement auquel est soumis le potentiel VZ du circuit à courant alternatif comme résultat de l'excitation de l'inducteur série 62.
Cet accroissement de potentiel fournit alors le supplément de force électromotrice qu'exigent les valves pour la commutation.
Lorsqu'il n'est pas possible, en pratique, d'obtenir l'énergie déwattée supplémentaire par l'excitation des inducteurs des moteurs d'utilisation, on peut obtenir des résultats sensiblement identiques en augmentant le po tentiel alternatif. Dans la variante de la fig. 5, on a représenté une installation per mettant d'obtenir le potentiel alternatif sup plémentaire désiré. Le convertisseur est muni de valves auxiliaires 70, 71 qui sont connec tées au transformateur de couplage 3' de façon à fonctionner sous un potentiel norma lement plus élevé.
Pendant le fonctionnement normal du dispositif, les valves principales 4, 5 sont reliées à la source de potentiel de com mande 10, mais, s'il se produit une avance à à l'allumage, l'accroissement de courant créé dans le circuit à courant continu produit un potentiel servant à commander des relais 75, 76 dont le râle est de soustraire le potentiel de commande des valves principales 4 et 5 et d'appliquer ce potentiel aux valves montées en parallèle 70, 71,
ce qui a pour effet d'aug menter le potentiel alternatif appliqué aux valves et de fournir ainsi le supplément de potentiel nécessaire pour commuter celles des valves dans lesquelles il se produit un allu mage avancé.
Pour la simplicité des explications, on a représenté et décrit l'application de l'inven tion à des réseaux ou circuits monophasés, mais il est bien entendu que, en service nor mal, le convertisseur serait du type polyphasé et que les valves et le système de commande seraient multipliés en conséquence.