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PERFECTIONNEMENT APPORTE AUX CHANGEURS DE FREQUENCE METTANT EN JEU LES PROPRIE- -TES DES VALVES ELECTRIQUES A VAPEURS OU GAZ IONISES.-
On a déjà proposé de réaliser des changeurs de fréquence stati- ques, en utilisant les propriétés des valves électriques à vapeur de mercure, ou en générale à vapeurs ou gaz ionisés, munies de grilles de commande.
D'une façon très générale, les changeurs de fréquence de ce genre déjà connus, comportent deux valves, munies de grilles de commande, débitant alternativement en sens in- verses, soit directement dans le réseau secondaire, à basse fréquence, soit dans les enroulements primaires d'un transformateur dont la secondaire est connecté au réseau basse fréquence: ces changeurs de fréquence donnent des courbes de courant et de tension secondaires qui s'écartent considérablement de la sinusoï- da.
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Ces changeurs de fréquence connus ne se prêtant commodément qu'au passage de l'énergie du réseau à haute fréquence au réseau à basse fréquence, la transmission de l'énergie en Bans inverse ne pouvant 'être obtenue qu'au prix de grandes complications. Dans tous les cas, cette transmission d'énergie ne pou- vait 'être obtenue jusqu'ici qu'avec un facteur de puissance égal à l'unité sur le réseau secondaire à basse fréquence, sans qu'il soit possible de prendre ou de fournir de l'énergie réactive à ce réseau.
De plus, pour la production de courants polyphasés, les montages déjà connus nécessitent l'emploi de valves comportant un très grand nombre d'a- nodes, et par suite d'un prix élevé.
La présente invention a pour objet un perfectionnement qui permet d'obtenir, avec les changeurs de fréquence, mettant en jeu les propriétés des valves électriques à vapeurs ou gaz ionisés, une tension et un courant à basse fréquence pratiquement sinusoïdaux, ne présentant pas d'autres harmoniques que ceux qui correspondent au nombre d'anodes du changeur de fréquence.
Ce perfectionnement est essentiellement caractérisé, en ce que les grilles de commande normalement, polarisées négativement, qui correspondent aux diverses anodes, reçoivent des impulsions d'allumage positives à deux fré- quences différentes, correspondant respectivement à la somme et à la différence des fréquences des réseaux primaire et secondaire.
On sait qui si le montage d'une valve polyphasée et de son trans- formateur peut donner une tension maximum E (pour un retard nul à l'allumage des anodes), il donnera unetension égale à E cos @, pour un retard angulaire @ à l'allumage des anodes! pour @ = 90 , la tension redresséesera nulle. Pour qu'un montage des valves puisse donner une tension secondaire sinusoïdale, il faut donc que le retard à l'allumage des anodes, pour chaque demi-onde de la période secondaire, passe progressivement de 90 à zéro pendant le quart de pé- riode secondaire où la tension est croissante, et de zéro à 90 pendant l'autre quart de période.
Suivant l'invention, ce résultat est obtenu en appliqy8nt des impulsions positives aux grilles de commando à une fréquence égale à la diffé- rence f - F, entre les fréquences primaire f et secondaire F, pendant le quart de période secondaire en} la tension secondaire décroît, et à une fréquence F + f égale à la somme des fréquences primaire et secondaire, pendant le quart de pé- riode où la tension secondaire croit.
On peut, par des artifices, par exemple,
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pendant les quarts de période de tension croissante, supprimer les impulsions à la fréquence f - F et ne laisser subsister que les impulsions à la fréquence f + F, qui doivent commander l'allure de la tension secondaire, mais la deman- deresse a trouvé que,si la durée des impulsions est assez petite vis-à-vis de la période primaire, cela n'est pas nécessaire, car, pendant la durée du quart de période secondaire considéré, les impulsions d'allumage à la fréquence .... f - F sont inopérantes, car elles sont appliquées à des grilles correspondant, soit à des anodes déjà allumées, soit à des anodes moins positives que celle qui est déjà allumée au même moment et, par conséquent, ne provoquent aucun trouble.
Il en est de même pendant le quart de période de tension secondaire décroissante, où les impulsions d'allumage à la fréquence f + F ne peuvent pas provoquer l'allumage d'une anode.
Bien entendu, si la durée des impulsions positives est suffisam- ment importante par rapport à la période primaire, il peut devenir nécessaire de supprimer pendant chaque quart de période secondaire les impulsions de gril- le à l'une des fréquences*
Le même raisonnement s'applique également si l'on veut obtenir la passage de l'énergie du réseau basse fréquence au réseau haute fréquence! les retards à l'allumage des anodes doivent alors varier entre 90 et 1800 pen- dant un quart de période et de 1800 à 90 pendant l'autre quart de période.
L'invention concerne également un nouvaau procédé de changement de fréquence, au moyen de valves à vapeurs ou gaz ionisés, qui permet, de façon simple, l'échange d'énergie active dans n'importe quel sans antre les deux ré- seaux et qui permet aussi de prendre ou d'enlever à volonté de l'énergie réac- tive au réseau basse fréquence. Ce procédé permet également, pour la production de courants polyphasés basse fréquence, de réduire le nombre d'anodes des val- ves, à la moitié de celui qui servait nécessaire avec les procédés connus.
Le procédé qui fait l'objet de l'invention est essentiellement caractérisé en ce que l'on superpose au courant alternatif débité par la ou les valves, une composante de courant continu, de valeur au moins approximativement égale à l'amplitude du courant alternatif débité. La force électromotrice donnas par les montages de valves étant sinusoïdale, la présence de cette composante de courant continu ne met théoriquement en jeu aucune énergie (en pratique, l'é- nergie consommée de son fait correspond aux pertes Joules et aux pertes dans
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l'aro), mais elle maintient le courant traversant la valve élémentaire qui ali- mente une phase secondaire à une valeur constamment positive et permet ainsi d'obtenir, avec cette valve, l'onde positive et l'onde négative de la tension secondaire.
Il est à remarquer que la composante de courant continu en ques- tion, pourra âtre utilisée, par elle-même, de toute façon appropriée, par exem- ple pour exciter des machines de l'installation.
Il pourra être bon de prendre des dispositions telles que les composantes de courant continu débitées par les diverses valves élémentaires, comprenant les anodes affectées à une phase secondaire, n'aient pas d'influence sur le circuit secondaire à basse fréquence. On pourra, par exemple, disposer les circuits de telle façon que les composantes de courant continu se refer- ment les unes sur les autres à travers les arcs, ou bien éliminer ces composan- tes de courant continu en couplant les valves, au réseau basse fréquence, par l'intermédiaire d'un transformateur dont les enroulements sont disposés de telle sorte que les flux créés par les composantes de courant continu, soient en oppositioni un montage en zig-zag du primaire de ce transformateur consti- tue une excellente solution,
mais elle n'est pas la seule et il est facile à tout homme du métier d' en trouver d'aut res dans les connaissances générales de l'électrotechnique.
Il est facile de se rendre compte qu'une seule valve élémentaire d'un montage fonctionnant suivant l'invention, permettant d'obtenir les deux demi-ondes de la tension secondaire, il suffira d'avoir un nombre d'anodes moi- tié de celui que nécessitant les montages actuellement connus, où chaque demi- onde de courant est obtenue à partie de valves élémentaires différentes. On pourra ainsi utiliser des valves de construction plus simple, et par suite beaucoup moins coûteuses. Les diverses valves élémentaires peuvent évidemment être groupées et avoir une cathode commune.
Il est également facile de compren- dre que la combinaison d'une valve élémentaire et du transformateur qui l'ali- mente constitue le générateur d'une force électromotrice sinusoïdale basse fréquence, liée à la tension du réseau haute fréquence ,et que par suite le courant débité sera également sinusoïdal* et que sa phase ne sera déterminée que par la tension résultant de la différence entre la force électromotrice du générateur et la tension du réseau. Il suffira donc d'agir légèrement sur la grandeur et la phase de l'une des tensions d'alimentation de la valve ou de
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celle du rése au secondaire, pour fournir ou prendre de l'énergie au réseau secondaire, et ce avec un facteur de puissance quelconque.
L'invention sara mieux comprise en sereportant aux figures ci- jointes, qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs, divers changeurs de fréquence conformes à l'invention. Les dispositions particulières qui seront décrites à propos de ces exemples devront 'être considérées comme faisant par- tie de l'invention, étant entendu que toutes dispositions équivalentes pourront être aussi bien utilisées sans sortir du cadre de celle-si.
Dans l'exemple de la Fig.l, on a supposé qu'il s'agissait du cou- plage d'un réseau triphasé 1 et d'un réseau monophasé 2, de fréquence inférieu- re à celle du réseau 1, par l'intermédiaire d'une valve 3, par exemple à vapeur de mercure, comportant douze anodes telles que 4, munies de grilles de commando telles que 5, 6. Pour plus de clarté, quatre anodes et les quatre grilles cor- respondantes seulement ont été figurées, et seuls les dispositifs de commande des deux,grillas 5 et 6 ont été représentés. Les anodes 4 sont respectivement alimentées par les différentes phases des deux secondaires hexaphasés 7 et 8 d'un transformateur, dont le primaire est branché sur le réseau 1.
Les points neutres des secondaires 7 et 8 sont reliés aux deux extrémités du primaire 9, d'un transformateur monophasé, dont le secondaire 10 est branché sur le ré- seau 2. Le pointmilieu du secondaire 9 est relié à la cathode 11 de la valve 3.
Deux régulateurs d'induction 12 et 13 comportant des induits fixes 14, 15 et des inducteurs tournants 16,17, alimentés par le réseau 1, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un transformateur. Les inducteurs tour-' nants 16,17 sont entraînés respectivement par les moteurs synchrones 18 et 19, qui tournent au synchronisme du réseau 2. Les connexions des inducteurs 16,17 et les sens de rotation des moteurs 18, 19 sont choisis de telle sorte que, par exemple, les fréquences des forces électromotrices induites dans les induits 14 et 15, soient égales respectivement à la somme et à la différence des fréquen- ces des réseaux 1 et 2.
Les primaires 20 et 21 de deux transformateurs saturés 22 et 23, sont branchés, par l'intermédiaire d'impédances 34 et 25, à des points conve- nablement chdsis des stators 14 et 15.
Les transformateurs 22, 23 comportant chacun deux secondaires 26, 27 et 28, 29.
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Une source auxiliaire, par exemple une batterie d'accumulateurs 30, maintient constamment négatif le potentiel moyen des grilles par rapport à la cathode* Les grilles 5 et 6 acnt reliées respectivement au pôles négatif de la batterie 30, la première par l'intennédiaire de la résistance 31 et des se- condaires 27, 29 des transformateurs 22 et 23, la seconde par l'intermédiaire de la résistance 32 et des secondaires 26, 28, les sans des connexions étant choisis de telle sorte que les tensions alternatives appliquées respectivement aux grilles 5 et 6 soient en opposition, comme les tensions appliquées aux ano- des 4 correspondantes.
Les impédances 24 et 25 maintiennent les courants de forme sensi- blement sinusoïdale dans les primaires 20 et 21, et, du fait de la saturation des transformateurs 22, 23, les forces électromotrices induites dans leurs se- oondaires seront très déformées,et se traduiront pratiquement par des Impulsions alternativement positives et négatives, dont la durée pourra être faible par rapport à la durée de la période correspondant à leur fréquence.
Les autres grilles de la valve 3 seront alimentées de manière analogue, par la batterie 30 et par d'autres transformateurs saturés, dont les primaires seront branchés, par l'intermédiaire d'impédances, à des points con- venables des stators 14 et 15, les grilles de commande d'anodes reliées à deux phases en opposition des secondaires 7 et 8 pouvant être alimentées en paral- lèle.
La Fig. 2, qui représente les diagrammes des tensions appli- quées aux grilles 5 et 6 de la Fig.1 et aux anodes correspondantes, fera mieux comprendre le fonctionnement du changeur de fréquence% Les oourbes a, b, c, d, e, f représentent les tensions appliquées respectivement aux six anodes alimentées par le secondaire 8, par rapport au point neutre de celui-ci; les courbes a', b', o', d', e', f', en traits interrompus, représentant les ten- sions induites, à la fréquence f + F correspondant à la somme des fréquences des réseaux 1 et 2, dans les secondaires tels que 26 et 271 les courbes a'', b", a", d", e", f" représentent les tensions induites dans les secondai- ras tels que 28, 29, à la fréquence f -F.
On a représenté, pour fixer les idées, le cas où la fréquence F du réseau 2 serait la moitié de la fréquence f du réseau 1. La droite V0 représente le potentiel du pale négatif de la bat- terie de polarisation 30 et la droite Vc le potentiel critique de grille, tel
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que l'allumage d'une anode est possible si le potentiel de la grille corres- pondante est supérieur à Vc et interdit si le potentiel de la grille est in- férieur.
L'allumage d'une anode (par exemple, celle dont la courbe de tension est représenté par a) deviendra possible chaque fois que sa grille re- cevra une impulsion positive des courbes a' et a". Toutefois, si l'on remar- que qu'il ne suffit pas, pour qu'une anode s'allume, que sa grille reçoive une impulsion positive, mais qu'il faut aussi que cette anode soit portée à un po- tentiel plus positif que celle qui débite au même moment, on verra facilement que, pendant chaque quart de période du réseau secondaire, seules peuvent 'être opérantes les impulsions données à l'une des fréquences. Les points V'1, B'1, C'1. etc... et A''1, B''1, C''1, etc... reportés sur les courbes a, b, c, etc.. représentent les potentiels des diverses anodes au moment où leur grille ra- qoit les impulsions positives.
Les parties des courbes a, b, o, etc... repré- sentées en traits gras, représentent, à chaque instant, le potentiel de l'anode qui débite , et par suite, à la chute de tension dans l'arc près, celui de la cathode par rapport au neutre, et la courbe S représente l'onde fondamentale de cette tension, purgée des harmoniques supérieurs provenant de ce que le nom- bre de phases du secondaire 8 est fixé; la courbe S sera rigoureusement sinusoï date si les phases des impulsions positives de grille sont convenablement choi- aies:
L'examen des diagrammes de tension montre clairement que,tant que la sinusoïde S est dans sa partie montante, les impulsions de tension à la fré- quence f - F sont sans action, les points D''1, E''1, D''2 représentant des po- tentiels plus bas que celui de l'anode qui débite.
Au contraire, les impulsions à la fréquence f + F agissent, car les points A'1, B'1, C'1 par exemple, re- présentent des potentiels plus élevés que celui de l'anode qui débite, et par suite le transfert de la charge sur l'anode dont la grille vient d'âtre rendue positive est possible. Le phénomène inverse se produit pendant la portion de période secondaire où la courbe S est descendante, les impulsions données à la fréquence f - F pouvant seules permettre le transfert de la charge d'une anode sur une autre.
Il pourrait ne plus en être de même si la durée des impulsions positives de grille devenait trop grande, et dans ce cas, il pourrait être né-
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oessaire de supprimer ,pendant chaque demi-période secondaire, les impulsions à l'une des fréquences, par exemple, au moyen de commutateurs tournant au syn- chronisme du réseau 2.
Le sens du courant dans la valve 3 étant imposé et ne pouvant être que le sens anode-cathode, si la tension induite dans le primaire 9 par le réseau 2 est inférieure à la tension de phase du secondaire 8, celui-ci débite- ra pendant la demi-période du réseau 2 où son point neutre est négatif par rap- port à la cathode, et la demi-onde de tension correspondante sera celle qui est représentée en trait plein sur la Fig.21 il y a alors transmission d'énergie du réseau 1 au réseau 2, et le secondaire 7 débitera pendant l'autre demi-période.
Si, au contraire, la tension induite par le réseau 2 dans le pri- maire 9, est plus grande que celle du secondaire 8, celui-ci ne pourra débiter que pendant la demi-période du réseau 2 où son neutre est positif par rapport à la cathode; la courbe de tension correspondante est alors représentée sur la Fig.2 en traits interrompus et il y aura transmission d'énergie du réseau 2 au réseau 1.
Le sens de transmission de l'énergie n'est donc lié qu'aux ten- sions des deux réseaux, et il sera toujours possible de l'imposer en modifiant le rapport de transformation de l'un quelconque des transformateurs, par exem- ple, par l'usage de régulateurs d'induction, l'amploi de transformateurs à pri- se variable, etc....
Il est également possible d'imposer le sens de transmission de l'énergie en agissant sur la commande des grilles, mais ce moyen à l'inconvé- nient de déformer les courbes de courant et de tension et d'abaisser le facteur de puissance du réseau 1, et il sera en général préférable d'agir sur les rap- ports de transformation des transformateurs.
Les dispositifs de commande des grilleus peuvent être différents de celui qui a été représenté à titre d'exemple: tout dispositif permettant d'obtenir des impulsions de tension de fréquences correspondant à la somme et à la différence des fréquences des réseaux 1 et 2, peut être employé sans sor- tir de l'invention. En particulier, les régulateurs d'induction 12 et 13 pour- raient évidemment être entraînés par le même moteur ; ils pourraient aussi être remplacés par des convertisseurs de fréquence à collecteur, alimentés par l'un des réseaux et tournant au synchronisme de l'autre.
Il pourrait aussi ttre fait usage de commutateurs tournant appli-
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quant aux grilles la tension d'une source auxiliaire; ces commutateurs tourne- raient, par exemple, au synchronisme d'un des réseaux, les balais tournant au synchronisme de l'autre. Les balais pourraient aussi être fixes; les commuta- teurs tourneraient alors à des vitesses correspondant à la somme et à la diffé- renoe des vitesses de synchronisme des deux réseaux; ces vitesses pourraient être réalisées par un grand nombre de dispositions mécaniques ou électriques connues, ou facile à établir.
La Fig.3 représente schématiquement le couplage élastique de deux réseaux triphasés à fréquences différentes, par l'intermédiaire de valves com- mandées , les circuits secondaires étant connectés directement au réseau basse fréquence, de telle sorte que les composantes de courant continu débitées par les valves sont en court-circuit à travers les arcs et parcourent un circuit formé sans circuler dans la réseau alternatif secondaire 41 désigne le réseau primaire et 42 le réseau secondaire, supposé de fréquence plus basse.
Sur le réseau 41 est branché le primaire triphasé 43 d'un trans- formateur qui comporte trois secondaires hexaphasés 44, 45 et 46, alimentant respectivement les valves 47, 48 et 49. Chaque valve comporte six anodes, tel- les que 50, munies de grilles de commande telles que 51 et 52; les cathodes sont désignées respectivement par 53, 64 et 55. Les points neutres des secon- daires 44,45 et 46 sont reliés respectivement aux trois conducteurs du réseau 42; il en est de m'orne des cathodes 53,54 et 55, de telle sorte que les conduc- teurs du réseau 42 sont connectés respectivement à l'un des points neutres et à une cathode correspondant à une valve différente.
Pour plus de clarté, deux anodes et deux grilles seulement sont représentées sur chaque valve, et seu- les les connexions des deux grilles 51 et 52 de la valve 49 sont figurées sur le schéma.
Une source auxiliaire, par exemple une batterie d'accumulateurs 56, maintient les grilles 51 et 52 à un potentiel moyen négatif par rapport à la cathode 55. Deux régulateurs d'induction 57 et 58, comportant des induits fixes 59 et 60 et des inducteurs tournants 61 et 62, alimentés par le réseau primaire, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un transformateur. Les inducteurs 61 et 62 sont entraînés respectivement par des moteurs synchroles 63,64, alimentés par le réseau secondaire 6.
Les connexions des inducteurs 61 et 62 et les sens de rotation de leurs moteurs d'entraînement 63 et 64 sont choisis de telle sorte que, par exemple, les fréquences des forces élec-
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tromotrioes induites dans les stators 59 et 60 soient égales respectivement à la somme et à la différence des fréquences des réseaux 41 et 42.
Les primaires 65 et 66 des transformateurs saturés 67 et 68 sont branchés, par l'intermédiaire des impédances 69 et 70, à des pointe con- venablement ohdsis des stators 59 et 60. Les transformateurs 67 et 68 comportât chacun deux secondaires 71, 72 et 73,74.
La grille 51 est connectée à la cathode 55 par l'intermédiaire de la batterie 56, des secondaires 73 et 71 et de la résistance 75; la grille 52 est connectée à la cathode par l'intermédiaire de la batterie 56, des secon- daires 74 et 72 et de la résistance 76, de telle sorte que les tensions appli- quées aux deux grilles soient en opposition.
Les impédances 69 et 70 maintenant les courants de forme sensi- blement sinusoïdale dans les primaires 65 et 66, malgré la saturation des trans- formateurs 67 et 68, les tensions induites dans les secondaires seront très dé- formées et se traduiront pratiquement par une suite d'impulsions, alternative- ment positives ot négatives, dont la durée pourra être faible par rapport à la période correspondant à leur fréquence.
Les autres grilles de la valve 49 seront alimentées de manière analogue, par la batterie 56 et d'autres transformateurs dont les primaires se- ront branchés à des points convenables des stators 59 et 60, par l'intermédiai- re d'impédances* Les grilles des valves 47 et 48 seront également alimentées de la même manière ,par des batteries de polarisation et par des transformateurs qui pourront être branchés convenablement aux stators 59 et 60, ou aux stators d'autres régulateurs d'induction.
Conformément à l'invention, dos composantes de courant continu sont superposées aux courants alternatifs débités par chacune des valves, de manière à maintenir les courants débités par les cathodes 53,54 et 55 à une valeur positive, au moins paidant la plus grande partie de la période du ré- seau secondaire à basse fréquence.
Il est facile de comprendre, an se reportant aux explications données plus haut qu'il apparaitra alors entre les points neu- tres des secondaires 44,45 et 46 et les cathodes 53, 54 et 55 correspondantes, des forces électromotrices alternatives, dont les deux demi-ondes positive et négative pourront 'être utilisées, et qui, si les phases respectives des impul- sions de grille sont convenables , pourront ne pas comporter d'harmoniques au- tres que ceux provanant de ce que le nombre de phases des secondaires 44, 45, et 46 est fini.
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Afin de faire apparaître ces composantes de courant continu, il sera en général nécessaire de prendre des dispositions telles qu'il existe des forces électromotrices continues auxiliaires de polarité convenable respecti- vement entre chacune des cathodes 53, 54 et 55 et les points neutres des secon- daires correspondant 44, 45 et 46.
La valeur de ces composantes de courant continu sera déterminée par la différence entre la force électromotrice continue auxiliaire et la chute de tension dans les arcs epar la résistance ohmique des circuits électriques correspondants. En agissant sur la valeur des forces électromotrices continues auxiliaires, il sera facile d'ajuster la grandeur des composantes de courant continu à une valeur convenable, et en particulier à une valeur approximative- ment égale à celle des l'amplitude du courant alternatif débité par chaque val- ve- Ces forces électromotrices auxiliaires peuvent être d'une origine quelconque par exemple provenir de batteries d'accumulateurs ou de génératrices de courant continu de polarités convenables intercalées respectivement, soit entre les ca- thodes 53,
54 et 56 et leurs points de connexion au réseau 42, soit entre les points neutres des secondaires 44, 45 et 46 et leurs points de connexion au ré- -seau 42.
Au lieu d'employer une source de courant continu auxiliaire, il est beaucoup plus élégant de faire apparaître unecomposante continue dans la force électromotrice de chaque montage de valve élémentaire.
Ce résultat peut facilement s'obtenir en agissant sur les comman- des de grilles.
La phase de la sinusoïde fondamentale de la tension secondaire est en effet liée aux phases des impulsions de tension grille. Si l'on super- pose sur les grilles de la même valve les impulsions de tension correspondant à deux sinusoïdes secondaires de phases différentes, il est bien évident que, à chaque instant, seront seules opérantes les impulsions de tension grille corres- pondant à celle des deux ondes de tension ayant la valeur positive la plus éle- vée.
Dans la Fig.4, les courbes S1 et S2, en traits interrompus, re- présentant les deux sinusoïdes foxdamentales, purgées de leurs harmoniques, correspondant aux deux systèmes d'impulsions de grille. Le tracé enm trait plein représente la courbe de tension résultante, qui renferme un terme sinusoïdal important, une composante de courant continu et des harmoniques de faible am-
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plitude. Il est facile, en agissant sur le déphasage des deux sinusoïdes Si et Sa de compenser totalement ou partiellement les chutes de tension* Ce déphasage peut 'être réglé à la main ou automatiquement.
Il ne sera d'ailleurs pas utile dans la plupart des cas de superposer les impulsions de grille correspondant aux sinusoïdes S1 et S2 1 on remarque en effet que la sinusoïde S1 est utilisée pra- tiquamant dans la partie montate, et la sinusoïde S2 dans la partie descendante.
Il suffira en général de décaler les impulsions de grille de telle sorts'que les impulsions à la fréquence f + F correspondent à la sinusoïde Sl et les impulsive de fréquence f - F à la sinusoïde S2. Cette simplification sera possible quand le déphasage entre les deux sinusoïdes ,il et S2 ne sera pas trop grand, grâce à la durée des impulsions positives de grille.
Toutefois , si les chutes de tension dans les arcs et les chutes ohmiques sont relativement faibles, vis-à-vis des tensions mises en jeu, et en particulier des chutes inductives, il peut ne plus être indispensable de faire ap- paraître une force électro-motrice ecntinue. Il se produit en effet an pareil cas un phénomène analogue à celui qui se produit dans un redresseur fonctionnant en court-circuit, ou chaque anode débita un courant pratiquement sinusoïdal puperposé à une composante de courant continu de même amplitude.
Le montage Fig.3 ne nécessite pas de transformateur entre les valves et le réseau secondaire, mais il nécessite l'emploi de trois valves distinc- test
La Fig.5 (dans cette figure, les organes et appareils qui sont de marne nature et jouent le même rôle que des organes et appareils de la Fig.3, etnt désignés par les marnas nombres de référence) représente un montage où il est fait usage d'une valve unique 77, munie de dix-huit anodes, telles que 50, dont deux seulement sont représentées, da grilles de commando, telles que 51 et 52, et d'une cathode 78.
Les anodes sont alimentées, comme dans le cas de la Fig.3, par les trois secondaires distincts, 44, 45 et 46, d'un transformateur dont le pri- maire 43 est branché sur le réseau 41.
Les grilles 51 et 52 sont alimentées, de la manière décrite à proposé du montage de la Fig.3, par la batterie 56 et les transformateurs satu- rés 67 et 68. Toutefois, les primaires 65 et 66 de ces transformateurs saturés sont alimentés, à travers les impédances 69 et 70, non plus par des régulateurs dtinduction, mais par des convertisseurs de fréquence à collecteur auxiliaires,
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79 et 80, représentés schématiquement chacun par trois bagues et un collecteur.
Ces convertisseurs de fréquence sont entraînés par un moteur synchrone 81, bran- ché sur le réseau 41 et leurs bagues sont alimentées par le réseau 42, les bran- chements étant effectués de telle sorte que la tension aux balais du convertisseur de fréquence 80, soit de la fréquence f + F, tandis que la tension aux balais du convertisseur de fréquence 79 est de la fréquence f - F.
Les points neutres des secondaires 44, 45, et 46 sont reliés res- pectivement aux trois extrémités du primaire 82 d'un transformateur, dont la se- condaire 43 est relié au réseau 42. Le point neutre du primaire 82 est relié à la cathode 78.
Le primaire 82 est représenté monté en zig-zag ,de telle sorte que les ampères-tours dûs aux composantes de courant continu sont en opposition sur chaque colonne et ne créent aucun flux. Les diverses grilles de la valve 77 sont alimentées de la même manière, soit par les convertisseurs de fréquence 79 et 80, qui comporteront alors autant de paires de balais (ou de balais) convenu- blement calés, que la valve comporte de paires d'anodes, soit par des convertis- seurs de fréquence distincts.
Le fonctionnement est identique à celui du montage représenté par la Fig.3 et sera facilement compris en se reportant aux explications données précédemment! en particulier, la valeur de la composante de courant continu pour- re être réglée en agissant sur les calages des balais des changeurs de fréquence.,
Les exemples décrits correspondent au couplage de deux réseaux triphasés, mais il est bien évident que le nogbre de phases peut être quelconque et ne pas être le même sur le réseau primaire et sur le réseau secondaire.
Les dispositifs employés pour obtenir des impulsions de tension aux fréquences f + F et f - F peuvent être quelconques. On pourrait, par exemple les obtenir à partir d'une source auxiliaire de courant continu, en faisant usage de commutateurs tournants, entraînés par un moteur synchrone branché sur un des réseaux, les balais étant entraînés par des moteurs synchrones branchés sur l'au- tre réseaul on pourrait aussi maintenir les balais fixes, les commutateurs tour- nant alors aux vitesses correspondant aux fréquences f + F et f - F, vitesses qu'il est facile de réaliser à partir de combinaisons électriques ou mécaniques. bien connues.
On peut faire varier le rapport entre les tensions des deux ré- seaux en agissant sur les commandes de grille, mais ce mode de réglage présente
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l'inconvénient de déformer les courbes de courant et de tension secondaire et d'abaisser le facteur de puissance primaire; il sera en général préférable'd'a- gir sur le rapport de transformation des transformateurs, par exemple, par l'em- ploi de régulateurs d'induction ou de transformateurs à prises variables.
L'invention s'applique, avec des avantages particuliers, dans le cas où l'un des réseaux est constitué par tout ou partie des enroulements d'une machine tournante à courant alternatif; on va maintenant décrire cette applica- tion, qui doit être considérée comme faisant partie intégrante de l'invention,
Suivant que les fréquences des impulsions positives de grille sont liées à la vitesse de la machine ou sont imposées par un régulateur auxi- liaire, on peut réaliser une machine asynchrone, ou une machine synchrone à vi- tesse variable qui peut à volonté fonctionner en moteur ou en générateur, en con- servant un bon rendement et un bon fonctionnement à toutes les vitesses
Par exemple, le changeur de fréquence peut alimenter le stator d'une machine synchrone.
En faisant varier la fréquence d'alimentation de la ma- chine, on peut obtenir toutes les vitesses entre zéro et la vitesse correspon- dant au synchronisme du réseau primaire. Il en est de même si on alimente le stator d'une machine asynchrone.
Dans ces deux cas, la puissance totale de la machine doit tra- verser le changeur de fréquence. Il est avantageux, dans le but de diminuer la puissance du changeur de fréquence, d'alimenter, par exemple, le stator d'une machine asynchrone directement par le réseau primaire à haute fréquence et le rotor seulement par le changeur de fréquence. La machine tournera alors à une vitesse correspondant, soit à la somme, soit à la différence des fréquences pri- maire et secondaire, suivant les sens de rotation des champs statorique et roto- rique et elle pourra ainsi tourner à toutes les vitesses comprises entre zéro et deux fois le synchronisme, la puissance du changeur de fréquence n'étant dans ce cas que la moitié de la puissance totale de la machine.
La puissance rotorique peut même être réduite au tiers de la puissance totale d'une machine dont la vitesse peut varier entre zéro et une fois et demie le synchronisme.
Aux faibles vitesses, Inférieures au demi-synchronisme, le rotor seul est alimenté par le changeur de fréquence, le stator étant court-circuité sur lui-même, ou, mieux, parcouru par un courant continu. Pour les vitesses plus élevées, le stator est alimenté par le réseau primaire et le rotor par le chan-
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geur de fréquence.
D'une façon générale, pour des machines dont la vitesse ne doit pas varier de façon continue entre zéro et la pleine vitesse, mais doit seule- ment varier d'une certaine quantité de part et d'autre du synchronisme, la puis sance rotorique, et, par suite, celle du changeur de fréquence seront oonsidé- rablement diminuées et pourront ne constituer qu'une fraction assez faible de celle de la machine.
Toutes ces machines peuvent évidemment fonctionner indifférem- ment en moteur ou en générateur asynchrone ou synchrone à vitesse variable et se prêtent très bien à la constitution de groupes réversibles, dans tous les cas où une variation de vitesse étendue et la possibilité du freinage par ré- cupération sont nécessaires (commando de machines d'extraction, de trains de laminoirs, eto.. qui, jusqu'ici, était ordinairement assurée par des transmis- sions Léonard).
On va donner quelques exemples, non limitatifs, de cette appli- cation du procédé qui fait l'objet de l'invention. Les dispositions particu- lières qui seront décrites à propos de ces exemples devro4nt être considérées comme faisant partie de l'invention, étant entendu que toutes dispositions équi- valentes pourront être aussi bien utilisées sans sortir du cadre de celle-ci.
Dans les Fig.6 et 7, qui se rapportent aux dits exemples, les organes et appareils qui sont de même nature et jouent le même rôle que les or- ganes et appareils des Fig.3 et 5 ,sont désignés par les mêmes nombres de réfé- rence.
Le réseau secondaire'42 est remplacé, dans l'exemple de la Fig.6 par une machine synchrone 84.
Le réseau 41 alimente le primaire 43 par l'intermédiaire d'un autotransformateur de réglage 85. Les points neutres des secondaires 44, 45 et 46 sont reliés aux trois bornes 86, 87 et 88 des phases de 1'enroulement induit de la machine 84 et la cathode 78 est reliée à la borne neutre 89 de cet enrou- lement. L'inducteur de la machine 84 est alimenté en courant continu, par une source quelconque! en particulier, il peut être parcouru par tout ou partie des composantes de courant continu circulant antre la borne neutre 89 et la cathode 78.
Il n'a pas été disposé de transformateur sur l'alimentation de la machine 84, dans le but de faciliter le démarrage* Il est cependant possible d'utiliser une valve unique 77, car on peut disposer les enroulements du,sta- tor de la machine 84 de telle sorte que les composantes de courant continu qui
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les traversent n'aient aucuneaction, par exemple, en choisissant un pas d'en- roulement tel que chaque encoche renferme des nombres égaux de conducteurs d'aller et de retour appartenant à des phases différentes. On pourrait aussi utiliser le mode de couplage de la Fig.3.
Les anodes, les grilles@ et les dis- positifs de commande de grille ne sont pas représentes) ils sont identiques par exemple, à ceux prévus Fig.5 et les dispositifs de commande de grilles sont ali- mentés par les convertisseurs de fréquence 79 et 80, montés en bout d'arbre de la machine 84 et alimentés par le réseau 41. Naturellement, les convertisseurs de fréquence 79 et 80 devront avoir le marne nombre de pôles que la machine prin- cipale 84.-
La machine ainsi alimentée constitue une véritable machine asyn- chrone, pouvant tourner à toutes les vitesses comprises entre zéro et la vi- tesse de synchronisme. On pourra agir sur son couple simplement en agissant sur les phases des tensions appliquées aux enroulements statoriques, c'est-à-dire, sur les calages des balais des changeurs de fréquence 79 et 80.
Le couple pour- ra à volonté être rendu moteur ou résistant, et la machine fonctionnera à vo- lonté an moteur ou en génératrice.
Les convertisseurs de fréquence 79 et 80 pourraient être entraîne! par un moteur auxiliaire à vitesse variable, au lieu d'âtre solidaires du ro- .tor de la machine principale. Dans ce cas, la vitesse de la machine 84 serait imposée par celle des convertisseurs de fréquence, et elle fonctionnerait en moteur ou en génératrice suivant que le couple mécanique sur l'arbre serait ré- sistante ou moteur.
La machine synchrone 84 pourrait être remplacée par une machine asynchrone, les convertisseurs de fréquence auxiliaires pouvant être entraînés par un moteur auxiliaire, ouhêtre montés en bout d'arbre de la machine princi- pale. Dans ce dernier cas, il serait nécessaire de faire tourner les balais des changeurs de fréquence, le sens et la grandeur de la vitesse de rotation des balais déterminant le signe et la grandeur du glissement, et par suite ceux du couple de la machine, qui peut ainsi fonctionnor à volonté en moteur ou en géné- ratrice.
L'alimentation totale d'une machine synchrone ou asynchrone par l'intermédiaire du changeur de fréquence principal nécessite évidemment une puissance de dimensionnement du changeur de fréquence égale à la puissance maxi- mum de la machine.
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La Fig.7 représente un montage permettant un dimensionnement beau coup plus économique du changeur de fréquence.
Le réseau 41 alimenta directement, ou par ,l'intermédiaire d'un transformateur, le stator 90 d'une machine 91, dont le rotor 92 est alimenté par un changeur de fréquence identique à celui décrit à propos du montage de la Fig.6. Les points neutres dos secondaires 44,45 et 46 sontreliés respective- ment à des balais frottant sur les bagues 93,94 et 95 correspondant aux trois phases du rotor 92 et la cathode 78 de la valve 77 est reliée à un balai frot- tant sur la bague 56 correspondant au'point neutre du rotor.
Si la machine 91, supposée bipolaire, tourna à la vitesse # , la pulsation de la tension rotorique est G - # , # étant la pulsation du réseau 41. Un premier convertisseur de fréquence auxiliaire 97, calé sur l'arbre de la machine 91 et par suite tournant à la vitesse # , est alimenté par le réseau 41 de pulsation # et, si les connexions sont convenables, les tensions aux balais de ce changeur de fréquence ont la pulsation #-#, éga- le à celle de la tension rotorique.
Les changeurs de fréquence 79 et 80, entraînés par le moteur syn- chrone 81 branché sur le réseau 41, sont alimentés par le changeur de fréquence 97 et les tensions entre balais des changeurs de fréquence 79 et 80 ont respec- tivement les pulsations # + G et # - G. Les grilles de commande de la valve 77 sont alimentées, ainsi qu'il a été prévu dans le montage correspondant à la Fig.5, à partir de balais convenablement calés sur les collecteurs des changeurs de fréquence 79 et 80.
La machine 91 peut tourner à toutes les vitesses comprises entre zéro et deux fois le synchronisme, et la puissance maximum mise en jeu au rocor et, par suite, oelle du changeur de fréquence principal ne sont que la moitié de la puissance de la machine.
En ne demandant au changeur de fréquence que de fournir des fré- quences comprises entre zéro et la demi-fréquence du réseau d'alimentation, la vitesse de la machine pourra varier, avec le mode d'alimentation représenté Fig.7, entre la moitié et une fois et demie le synchronisme! les vitesses infé- rieures au demi-synchronisme pourront être obtenues en déconnectant le stator 90 du réseau 41 et an l'alimentant en deux points par une source de courant con- tinu appropriée, les commandes de grilles étant assurées par un dispositif ana- logue à celui représenté Fig.6. La puissance rotorique maximum, ainsi que celle
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du changeur de fréquence, seront réduites au tiors de la puissance de la ma- chine.
Si on ne veut obtonir qu'une certaine variation de vitesse de part et d'autre du synchronisme, la puissance rotorique maximum et celle du changeur de fréquence seront réduites, à une fraction de la puissance au syn- chronisme, égale au rapport de la différence entre les vitesses extrêmes et la vitesse du synchronisme, à la vitesse du synchronisme. La grandeur et le sens du'couple mécanique seront déterminés par la phase des tensions d'alimen- tation du rotor, c'est-à-dire par le calage des balais des convertisseurs de fréquence auxiliaires 79 et 80, ou par ceux du convertisseur 97. La machine 91 pourra fonctionner indifféremment en moteur ou en génératrice et pourra égale- ment prendre ou fournir de l'énergie réactive au réseau 41.
Les convertisseurs de fréquence pourraient aussi être alimentés directement par le réseau 41 et e- tre entraînes à la vitesse convenable par tout dispositif électrique ou méca- nique approprié. Ils pourraient aussi être entraînés par un moteur à vitesse variable, la vitesse de la machine 91 étant alors fixée par celle des conver- tisseurs de fréquence* Les convertisseurs de fréquence à collecteur pourraient être remplacés, sans sortir du cadre de l'invention, par des régulateurs d'in- duction, dont les inducteurs, par exemple, tourneraient aux vitesses convena- bles, ou par de simples commutateurs tournants.