Dispositif convertisseur de courant électrique. La présente invention concerne un dispo sitif convertisseur de courant électrique pour transformer des courants alternatifs de ten sion relativement basse en courant continu de haute tension et vice versa.
La transmission de courant continu à haute tension possède certains avantages bien connus, et des essais les plus variés ont été faits pour surmonter les difficultés rencon trées lors de la réalisation de ce problème. Dans des convertisseurs du genre dans lequel on emploie des redresseurs à vapeur de mer cure, dont les tensions sont combinées de façon additive, la commande de synchronisa tion des redresseurs comporte de notables dif ficultés.
De plus, dans un appareil de ce genre, l'isolement et l'espacement nécessaire des conducteurs conduisant des voltages éle vés, lorsque les redresseurs sont installés à distance de la source du courant alternatif qui doit être transformé, augmentent le coût de l'appareil dans une mesure telle que les avan- tages inhérents à- la transmission à courant continu se trouvent annihilés. Parmi ces avan tages, il est à mentionner que le voltage en courant continu peut être 1,4 fois plus grand que le voltage effectif en courant alternatif pour le même maximum de contrainte. La longueur de la ligne de transmission n'est pas limitée par des considérations de stabilité et des câbles peuvent conduire 2 à 4 fois le vol tage en courant continu, 2 à 4 fois le voltage admissible en courant alternatif.
La présente invention a pour but d'élimi ner les désavantages et difficultés de earac- tère'constructif d'un convertisseur du type de redresseur à voltage élevé; en effet, dans le dispositif suivant l'invention, on peut placer tous les redresseurs à proximité immédiate du transformateur d'énergie de façon à former avec celui-ci un ensemble unitaire. En outre, on peut utiliser pour la commande synchrone des redresseurs les conducteurs existants con duisant l'énergie de l'appareil comme conduc- teurs pour les courants commandant l'excita tion de tous les redresseurs.
Le dispositif convertisseur de courant sui vant l'invention comporte une pluralité de re dresseurs à ignitron reliés en série en relation additive de voltage entre les bornes de débit, un circuit d'alimentation pour ces redresseurs renfermant l.- secondaire d'un transformateur de puissance, dont. le primaire est relié à une Iibne à, courant alternatif:
il est ca.raclérisé par des moyens pour superposer des impul sions de haute fréquonc,@ i, la ligne d'alimen tation en vue dc la commande de la. conducti vité desdits redresseurs.
Dans ces conditions, un ensemble du tubes redresseurs du type métallique à enveloppe scellée peut alors être placé à proximité im médiate du transformateur de puissance dans une mAme enveloppe protectrice et:
être im mergé dans le même bain d'huile que les en roulements de ce transformateur. D:# celte façon, les conducteurs reliant les difféi,r,rits enroulements du transformateur aux électro des des redresseurs aussi bien que les fils d'interconnexion entre les redresseurs peuvent être très courts et être protégés par l'isolement formé par l'huile du transformateur.
Tout cet ensemble forme alors une unité compacte ren fermant tous les éléments nécessaire: et n e laissant en sortir à, l'extérieur que les conduc teurs d'alimentation ef de débit.
Une forme d'exéeiition de l'objet de l'in vention est représ#-ritée, à titrd'exemple, au dessin ci-annexé, dans lequel: La fi-. 1 en représente le schéma de (-ou- plage des différentes parties de l'appareil. ei- la fig. 2 donne une élévation, partie en coupe, d'une forme d'exécution pratique de celui-ci.
L'appareil dont le schéma de couplage est représenté à la. fig. 1, comporte une 1>a,tteri@ de redresseurs 1, l'. ?, 3. 3' disposés par groupes de deux, chacun de ces groupes étant relié en un circuit à, onde complète respecli- vement aux enroulements 4, :5 et 6 du secon daire du transformateur 7. CE, dernier e;
1 monté conjointement avec les redresseurs en une structure unitaire compacte indiquée par 1e rectangle en traits mites à .la fig. 1, de sorte que toutes les connexions du transforma teur 7 aux anodes des redresseurs peuvent être litssi courtes que possible et qu'il n'y a que les deux fils d'alimentation de l'enroulement primaire 8 du transformateur 7 et les fils de débit de la ligne de courant continu à. voltage élevé qui sortent à l'extérieur (le cett'e cons truction d'ensemble.
Les redresseurs employés ici sont du type connu sous la désignation d'ibnitrons. Comme on le voit dans le schéma de couplage de la fig. 1, le premier groupe d'ignitrons a ses cathodes .9, 9' reliées ensem ble et se.;; anodes 1?, 1?' reliées aux bornes de l'enroulement; secondaire 4. dont le point médian se relie à. tin enibrancliement pour for mer la borne négative de l'appareil.
Le point (le jonction des cathodes 9, 9' est relié à son tour à l'enihranchement central de l'eiiroule- ment secondaire suivant 5, dont les bornes sont reliées aux 1110(e- ]Ï"), 13' respectivement du second groupe de redresseurs ?, '?'.
Les ca thodes 11) e1: M' de celui-ci sont reliées en semble et le point (le ,jonction de cette cou , nexion test relié à 1 embranchement central du troisième enroulement secondaire 6. dont le; bornes sont reliées aux anodes 1.4, 1.4' du troisième groupe de redresseurs 3. 3' respecti vement. Les cathodes '11.
Il' de ce groupe _ç#oiit reliées ensemble et le point de jonetiori de cette connexion forme la borne positive de la ligne ïi courant continu. En reliant les cii- thodes de chaque paire de redresseurs aux anodes des redresseurs de la paire suivante, le débit de chaque paire de redresseurs fone- tionnailt dan;
11ï1 cirrnil redresseur a onde complète est combiné de façon additive et le voltage entre les bornes de débit cle la ligne à courant continu sera la somme des volta,g(a fournis par foule,,-<B>les</B> paires de redresseurs. L'enrouIeinent primaire 8 du transformateur 7 est le côté de l'alimentation de courant alter natif à bas voltage de l'appareil relié si. la ligne d'énergie à, courant alternatif représen tée par les conducteurs 15 et 15'.
Le réglage (les redresseurs pour les faire travailler en syncliroiiisme avec le courant alternatif d'alimentation et simultanément pour chaque groupe de redresseurs est effec tué par des courants de réglage à haute fré quence superposés au courant alternatif d'ali mentation. Chaque redresseur ignitron com porte son électrode d'allumage 16, 16', 17, 17', 18, 18', respectivement, laquelle est reliée à son anode correspondante par l'intermédiaire d'une capacité et d'une inductance .en série.
Le circuit de résonance série comprenant cette capacité et cette inductance a une valeur choi sie telle que, dans chaque paire de redres seurs, un circuit de résonance obéisse à une fréquence et le second circuit de résonance à une autre fréquence, la même condition carac téristique étant maintenue dans chaque paire de redresseurs. Autrement dit, le condensateur 19 et l'inductance 20 associés au redresseur 1 ont des caractéristiques électriques similaires à. celles du condensateur 19 et de l'inductance 20 associés au redresseur 2 et-au redresseur 3, tandis que le condensateur 21 et l'inductance 22 associés au redresseur l' ont des caracté ristiques électriques similaires à celles du con densateur 21 et de l'inductance 22 associés au redresseur 2' et au redresseur 3'.
De cette manière, l'électrode d'allumage d'un des re dresseurs de chaque paire obéira à l'influence d'une certaine fréquence de commande, tandis que l'électrode d'allumage de l'autre redres seur de chaque paire obéira à l'influence d'une autre fréquence de commande, différente de la fréquence premièrement mentionnée. Les deux fréquences de commande distinctes peu vent être engendrées par des oscillateurs ap propriés indiqués schématiquement à la fig. 1 par des rectangles marqués \0I et O II. Les fréquences de commande des oscillateurs sont alternativement envoyées dans la ligne à tra vers un distributeur 23 ayant deux interrup teurs rotatifs 24 et 24' et des condensateurs de couplage 25 et 25'.
Des bobines de choc 26 et 26' sont insérées dans la ligne pour éviter le passage des courants à fréquence élevée du côté d'alimentation de l'appareil. Le distri buteur 23 est actionné par un moteur syn chrone 28 ayant un dispositif décaleur de phase approprié indiqué schématiquement par un rectangle marqué<I>D Ph.</I> Dans le fonctionnement de l'appareil, la rotation des interrupteurs 24 et 24' est coor donnée à la variation demi-cyclique de cou rant de la ligne d'alimentation de telle façon que, pour chaque demi-période, l'un des oscil lateurs .est relie à la ligne et, pour la demi- période suivante, l'autre oscillateur fournit l'énergie à haute fréquence.
Comme susmen tionné, les circuits syntonisés sont sélectifs pour une fréquence dans un redresseur de cha que paire. Il en résulte que, lorsqu'en consi dérant les valeurs instantanées, le voltage de l'enroulement 4 du transformateur 7 est posi tif. à l'anode 12 du redresseur 1 et similai- rement dans les enroulements 5 et 6 aux ano des 13 et 14 des redresseurs 2 et 3 par rap port aux cathodes. de ceux-ci, l'oscillateur fournissant une fréquence à laquelle les élec trodes d'allumage 16, 17 et 18 des tubes re dresseurs mentionnés sont résonantes, sera celui qui est relié à la ligne par l'un des in terrupteurs rotatifs 24, 24'.
D'autre part, à la demi-période suivante, lorsque le second re dresseur l', 2' et 3' dans chaque paire reçoit un potentiel positif des enroulements respec tifs du transformateur 7, ce sera l'autre oscil lateur qui sera relié à la ligne d'une manière similaire et les circuits syntonisés associés aux électrodes d'allumage 1F', 17' et 18' seront excités de façon à se mettre en état de con- duction de courant.
En suivant le circuit par rapport @à la circulation du courant sur le côté de débit à courant continu de l'appareil, on supposera que l'oscillateur O I, lequel, en se référant à la fig. 1, est justement relié à la ligne lorsque le segment conducteur de l'in terrupteur rotatif 24 est en contact avec le balai 27, fournit de l'énergie de commande et que les circuits syntonisés 19 et 20 seront soumis à la fréquence de l'oscillateur.
En ajustant convenablement le dispositif déca- leur de phase du moteur synchrone 28, la po sition du distributeur 23 peut être coordonnée de façon qu'à l'instant où les anodes des re dresseurs 1, 2 et 3 sont positives par rapport aux cathodes de ceux-ci, le courant -à haute fréquence circulant dans les circuits synchro nisés crée une tache cathodique et que les redresseurs susmentionnés atteignent un état de conductivité de courant.
Le passage de courant se fait de la borne de débit né-ative à travers une moitié de l'enroulement secon daire 4, l'espace à arc du redresseur 1 à la cathode 9, ensuite par l'intermédiaire du con ducteur 29 à une moitié de l'enroulement se condaire 5, l'espace à arc du redresseuir ?, la cathode 1.0, puis par le conducteur 29' à tra vers une moitié de l'enroulement secondaire 6, l'espace à. arc du redresseur 3 à la cathode 11, d'où il rejoint la borne positive du circuit de débit.
Pour la demi-période suivante, le cou rant est transféré à. l'autre moitié de chacun des enroulements secondaires 4, 5 et 6, le se cond redresseur de chaque paire étant excité. En ce moment, l'interrupteur rotatif 2Y' relie l'oscillateur 0 II à la ligne, le balai<B>27'</B> lou chant le segment condneteur de l'interrupteur rotatif ?4'.
Le circuit de commande à haute fréditejice n'a été représenté ici qu'à titre d'exempl# -t on pourrait employer d'autres dispositifs (le commande employant par exemple des tubes à vide pour la, distribution alternée à la. ligne des courants de fréquence élevée.
L'appareil convertisseur représenté à la fig. '? comporte une enveloppe 31 du genre généralement employé pour les transforma- teurs. Dans cette enveloppe 31 sont placé toutes les parties intégrantes de l'ensemblr, telles que le transformateur de puissance î et les redresseurs à.
ignitron Îa. proximité immé diate des enroulements du transformateur. Dans la partie sectionnée de la fig. ?. on a représenté l'enroulement primaire 8 et les en roulements secondaires 4 et 5.
Les redresseurs i-nitrons 1, l' et ? sont 111011f64 tout Prè, des enroulements particuliers reliés aux redi-s- seurs par des connexions. Les éléments de ré- glarre comportant les capacités 19 et les in- !luetances
?0 formant un des circuits svnto- irisés, et les autres circuits s < : ntonisés compre nant les capacités 27. et; les induclances ?? sont rntunis de protections isolant- appro priées 3i@ et 30' qui sont montées tout prés des re@lr@#@seurs, Le,, circiiit,; d'alimentation e t de débit de l'appareil convertisseur sortent de l'enveloppe 31 au moyen d'isolateurs 3?, 32' et 33, 33', respectivement.
Les parties consti tutives de l'appareil convertisseur à l'intérieur de l'enveloppe sont immergées dans un liquide isolant, tel que de l'huile 34, dont l'enveloppe est remplie jusqu'à, un nïveau requis.
Grâce au dispositif de commande à, haute fréquence, on obtient une structure compacte de l'appareil convertisseur, qui permet dans une enveloppe unique l'a.s@embla._@e de toutes les parties constitutives en relation étroite les unes par rapport aux autres, avec un mini mum de perte et une grande simplicité de construction.
Electric current converter device. The present invention relates to an electric current converter device for transforming alternating currents of relatively low voltage into direct current of high voltage and vice versa.
High voltage direct current transmission has certain well known advantages, and the most varied attempts have been made to overcome the difficulties encountered in realizing this problem. In converters of the kind in which curing sea steam rectifiers are employed, the voltages of which are additively combined, the synchronization control of the rectifiers involves considerable difficulties.
In addition, in an apparatus of this kind, the isolation and necessary spacing of the conductors carrying high voltages, when the rectifiers are installed at a distance from the source of the alternating current which is to be transformed, increases the cost of the apparatus to such an extent that the advantages inherent in direct current transmission are nullified. Among these advantages, it should be mentioned that the DC voltage can be 1.4 times greater than the effective AC voltage for the same maximum stress. The length of the transmission line is not limited by stability considerations and cables can conduct 2 to 4 times the vol tage in direct current, 2 to 4 times the allowable voltage in alternating current.
The object of the present invention is to eliminate the disadvantages and difficulties of the construction of a converter of the high voltage rectifier type; in fact, in the device according to the invention, it is possible to place all the rectifiers in the immediate vicinity of the energy transformer so as to form a unitary assembly therewith. In addition, for the synchronous control of the rectifiers, the existing conductors conveying the energy of the apparatus can be used as conductors for the currents controlling the excitation of all the rectifiers.
The current converter device according to the invention comprises a plurality of ignitron rectifiers connected in series in additive voltage relation between the flow terminals, a power supply circuit for these rectifiers containing the secondary of a transformer of power, of which. the primary is connected to an alternating current Iibne:
it is ca.raclérisé by means for superimposing high frequency pulses, @ i, the supply line with a view to controlling the. conductivity of said rectifiers.
Under these conditions, a set of rectifier tubes of the metal type with sealed casing can then be placed in the immediate proximity of the power transformer in a same protective casing and:
be immersed in the same oil bath as the bearings of this transformer. D: # This way, the conductors connecting the diffei, r, rits windings of the transformer to the electro of the rectifiers as well as the interconnection wires between the rectifiers can be very short and be protected by the insulation formed by the oil of the transformer.
All this assembly then forms a compact unit containing all the necessary elements: and leaving only the supply and flow conduc tors out to the outside.
One embodiment of the object of the invention is repres # -ritée, titrd'example, in the accompanying drawing, in which: The fi-. 1 shows the diagram of (-or- range of the different parts of the apparatus). Fig. 2 gives an elevation, partly in section, of a practical embodiment thereof.
The device whose coupling diagram is shown in. fig. 1, has a 1> a, tteri @ of rectifiers 1, the. ?, 3.3 'arranged in groups of two, each of these groups being connected in a full-wave circuit respectively to windings 4,: 5 and 6 of the secondary of transformer 7. CE, last;
1 assembled together with the rectifiers in a compact unitary structure indicated by the rectangle in mimicked lines in FIG. 1, so that all connections from transformer 7 to the anodes of the rectifiers can be made as short as possible and that there are only the two power wires of the primary winding 8 of the transformer 7 and the wires of DC line flow rate at. high voltage coming out outside (the overall construction.
The rectifiers employed here are of the type known as ibnitrons. As can be seen in the coupling diagram of FIG. 1, the first group of ignitrons has its cathodes .9, 9 'connected together and. ;; anodes 1 ?, 1? ' connected to the terminals of the winding; secondary 4. whose midpoint connects to. tin enibrancliement to for mer the negative terminal of the device.
The point (the junction of the cathodes 9, 9 'is in turn connected to the central branch of the next secondary element 5, whose terminals are connected to 1110 (e-] Ï "), 13' respectively of the second group of rectifiers?, '?'.
The ca thodes 11) e1: M 'of this one are connected together and the point (le, junction of this neck, test nexion connected to 1 central branch of the third secondary winding 6. whose; terminals are connected to the anodes 1.4 , 1.4 'of the third group of rectifiers 3.3' respectively.
It 'of this group is connected together and the jonetiori point of this connection forms the positive terminal of the direct current line. By connecting the ciithodes of each pair of rectifiers to the anodes of the rectifiers of the next pair, the flow of each pair of rectifiers works in;
The full wave rectifier is additively combined and the voltage between the flow terminals of the direct current line will be the sum of the volta, g (a shed supplied ,, - <B> the </B> pairs of Rectifiers Primary winding 8 of transformer 7 is the low voltage AC power supply side of the appliance connected if the AC power line is represented by conductors 15 and 15 '.
The adjustment (the rectifiers to make them work in sync with the AC supply current and simultaneously for each group of rectifiers is effected by high frequency adjustment currents superimposed on the AC supply current. Each ignitron rectifier com. carries its ignition electrode 16, 16 ', 17, 17', 18, 18 ', respectively, which is connected to its corresponding anode by means of a capacitor and an inductance. in series.
The series resonance circuit comprising this capacitance and this inductance has a chosen value such that, in each pair of rectifiers, one resonance circuit obeys one frequency and the second resonance circuit obeys another frequency, the same characteristic condition. being maintained in each pair of rectifiers. In other words, the capacitor 19 and the inductor 20 associated with the rectifier 1 have electrical characteristics similar to. those of the capacitor 19 and of the inductor 20 associated with the rectifier 2 and with the rectifier 3, while the capacitor 21 and the inductor 22 associated with the rectifier l 'have electrical characteristics similar to those of the capacitor 21 and the 'inductor 22 associated with rectifier 2' and rectifier 3 '.
In this way, the ignition electrode of one of the rectifiers of each pair will obey the influence of a certain control frequency, while the ignition electrode of the other rectifier of each pair will obey. the influence of another control frequency, different from the frequency first mentioned. The two distinct control frequencies can be generated by suitable oscillators shown schematically in fig. 1 by rectangles marked \ 0I and O II. The control frequencies of the oscillators are alternately sent in the line through to a distributor 23 having two rotary switches 24 and 24 'and coupling capacitors 25 and 25'.
Shock coils 26 and 26 'are inserted in the line to prevent the passage of high frequency currents on the power side of the apparatus. The distributor 23 is actuated by a synchronous motor 28 having an appropriate phase shifter device indicated schematically by a rectangle marked <I> D Ph. </I> In the operation of the apparatus, the rotation of the switches 24 and 24 'is coor given to the half-cyclic variation of current of the supply line in such a way that, for each half-period, one of the oscillators is connected to the line and, for the following half-period , the other oscillator supplies high frequency energy.
As mentioned above, the tuned circuits are selective for a frequency in a rectifier of each pair. As a result, when, considering the instantaneous values, the voltage of the winding 4 of the transformer 7 is positive. at the anode 12 of the rectifier 1 and similarly in the windings 5 and 6 at the ano of 13 and 14 of the rectifier 2 and 3 with respect to the cathodes. of these, the oscillator supplying a frequency at which the ignition electrodes 16, 17 and 18 of the mentioned re-shaping tubes are resonant, will be the one which is connected to the line by one of the rotary switches 24, 24 '.
On the other hand, in the following half-period, when the second re trainer 1 ', 2' and 3 'in each pair receives a positive potential from the respective windings of transformer 7, it will be the other oscillator which will be connected. to the line in a similar manner and the tuned circuits associated with the ignition electrodes 1F ', 17' and 18 'will be energized so as to put themselves on current on.
Following the circuit with respect to the current flow on the DC flow side of the device, it will be assumed that the oscillator O I, which, referring to fig. 1, is precisely connected to the line when the conductive segment of the rotary switch 24 is in contact with the brush 27, supplies control energy and the tuned circuits 19 and 20 will be subjected to the frequency of the oscillator.
By suitably adjusting the phase shifter of the synchronous motor 28, the position of the distributor 23 can be co-ordinated so that at the instant when the anodes of the rectifiers 1, 2 and 3 are positive with respect to the cathodes of the valve. In these, the high frequency current flowing in the synchronized circuits creates a cathode spot and the aforementioned rectifiers reach a state of current conductivity.
The current is passed from the ne-ative flow terminal through one half of the secondary winding 4, the arc space of the rectifier 1 to the cathode 9, then through the conductor 29 to a half of the winding condaire 5, the arc space of the rectifier?, the cathode 1.0, then through the conductor 29 'through one half of the secondary winding 6, the space to. arc from rectifier 3 to cathode 11, from where it joins the positive terminal of the flow circuit.
For the next half-period, the current is transferred to. the other half of each of the secondary windings 4, 5 and 6, the rectifier second of each pair being energized. At this moment, the rotary switch 2Y 'connects the oscillator 0 II to the line, the brush <B> 27' </B> singing the condneteur segment of the rotary switch? 4 '.
The high temperature control circuit has been shown here only by way of example. Other devices could be employed (the control employing, for example, vacuum tubes for the alternate distribution to the line of. high frequency currents.
The converter apparatus shown in FIG. '? comprises a casing 31 of the type generally used for transformers. In this envelope 31 are placed all the integral parts of the assembly, such as the power transformer I and the rectifiers.
ignitron Îa. immediate proximity to the transformer windings. In the sectioned part of fig. ?. the primary winding 8 and the secondary bearings 4 and 5 have been shown.
The i-nitron rectifiers 1, the and? are 111011f64 quite Prè, particular windings connected to the redisers by connections. The regulation elements comprising the capacitors 19 and the in- luetances
0 forming one of the symmetric circuits, and the other s <: unnoticed circuits comprising the capacitors 27. and; induclances ?? are fitted with suitable insulating protections 3i @ and 30 'which are mounted very close to the re @ lr @ # @ sors, Le ,, circiiit ,; of supply and flow rate of the converter device exit from the casing 31 by means of insulators 3?, 32 'and 33, 33', respectively.
The constituent parts of the converter apparatus within the casing are immersed in an insulating liquid, such as oil 34, the casing of which is filled to a required level.
Thanks to the high-frequency control device, a compact structure of the converter apparatus is obtained, which allows in a single envelope the a.s@embla ._ @ e of all the constituent parts in close relation to each other. to others, with a minimum loss and great simplicity of construction.