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PERFECTIONNEMENTS AUX CIRCUITS COMPORTANT DES VALVES ELECTRIQUES
La présente invention a trait aux circuits comportant des valves électriques, et plus particulièrement des valves à gaz ou à vapeur. Dans certains circuits de ce type, on a constaté qu'il est nécessaire de prévoir des moyens destinés à éliminer, ou tout au moins à réduire à un certain minimum la probabi- lité d'arcs en retour. On a constaté que ces arcs en retour pouvaient être pra- tiquement éliminés en évitant l'établissement de gradients de potentiel élevés à l'intérieur des valves, au cours des périodes de commutation.
On a aussi constaté que l'établissement de ces gradients élevés de tension était dû, dans une large mesure, à l'accroissement de la concentration en ions ou à l'emmagasinage de ces derniers dans une valve au moment où le courant est commuté entre les valves du
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circuit.
Un des objets de l'invention consiste en un circuit amélioré destiné à la commande de valves contenant un milieu ionsable et comportant l'application de moyens qui évitent l'apparition d'arcs en retour.
Conformément à l'invention, on emploie à cet effet des réactances appropriées qui peuvent être du type saturable et comportent un enroulement con- necté en série avec les valves afin de modifier la vitesse de la variation du courant dans les dites valves à la fin de leurs périodes de conductibilité et pendant les périodes de commutation.
Chacune de ces réactances peut comporter également un enroulement qui commande sa saturation et qui règle ainsi la valeur de l'inductance de son enroulement connecté en série avec les valves. La réactance est de préférence prévue de manière à pouvoir être saturée pour un très faible pourcentage du cou- rant normal des valves. En réglant l'alimentation et l'enroulement de saturation, on utilise un dispositif qui produit la saturation avant et pendant la plus gran- de partie de la période de conductibilité, de telle sorte que la. réactance induc- tive opposée au passage du courant soit relativement faible.
Dans les variantes de l'invention décrites plus bas, on a prévu différents dispositifs destinés à alimenter l'enroulement de commande pour obte- nir une telle saturation préalable des réactances au commencement de chaque pé- riode de conductibilité, de façon à ne pas diminuer le facteur de puissance du circuit.
Vers la fin des périodes de conductibilité, l'enroulement de commande provoque un accroissement important de l'inductance de l'enroulement série, de telle sorte que la vitesse de la variation de courant dans les valves soit réduite au-dessous de celle qui peut fournir des gradients dangereux de tension à l'intérieur des valves particulières employées. En d'autres ternes, la vitesse de changement d'intensité est maintenue au-dessous d'une valeur pré- déterminée, de telle sorte que les ions positifsassociés au plasma d'ions à l'intérieur de la valve, puissent disposer d'un temps suffisant de diffusion sans qu'il s'établisse des gradients de potentiel élevés.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avan- taes de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels :
La fig.1 représente schématiquement une forme de réalisation de
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l'invention appliquée à un redresseur biphasé dans lequel des réactances de réglage sont connectées en série avec les valves;
Les fig.2 et 3 représentent le fonctionnement du circuit de la fig. 1.
La fig.4 représente schématiquement une autre forme de réalisa- tion de l'invention appliquée à un système de transfert d'énergie entre un cir- cuit triphasé et un circuit à courant continu;
La fig.5 montre le fonctionnement du circuit de la fig.4;
La fig.6 représente schématiquement une autre forme de l'inven- tion appliquée à un circuit quadriphasé;
La fig.7 est une autre variante de l'invention appliquée à un dispositif de transfert d'énergie entre un circuit triphasé et un circuit à courant continu.
Sur la fig.l, on a représenté un redresseur disposé entre la ligne à courant alternatif 1 et un circuit à courant continu 2 ; il comporte un transformateur 3 et les valves 4 et 5, de préférence du type utilisant des gaz ou des vapeurs. La conductibilité des valves 4 et 5 peut être commandée par tout dispositif connu tel que le circuit 6 comportant un transformateur 7, un déphaseur',rotatif 8, des résistances 9 et un dispositif de polarisation tel qu'une batterie 10.
Pour régler le courant dans les valves 4 et 5 à la fin des pé- riodes de, conductibilité, on a prévu des réactances saturables 11 et 12'munies chacune d'un noyau 13, d'un enroulement 14 en série avec la valve correspondante et d'un enroulement de commande 15. Ce dernier est alimenté par les bornes du secondaire du transformateur 3 et il est connecté en série avec une inductance 16 de valeur relativement élevée. Les réactances saturables 11 et 12 sont pré- vues de telle manière que leurs noyaux 13 soient saturés par une force magnéto motrice relativement faible par rapport à la force magnétomotrice due à l'inten- sité de pleine charge dans l'enroulement 14.
En d'autres termes, les noyaux 13 des réactances 11 et 12 sont saturés pour des valeurs relativement faibles de la force magnéto-motrice, et les enroulements 15 comportent un plus petit nom- bre d'ampère-tours que les enroulements 14.
On comprendra mieux le fonctionnement du circuit représenté Fig.l en considérant les courbes reproduites fig.2 et 3. Les valves 4 et 5 sont ren- dues alternativement conductrices par le circuit d'excitation 6, de telle sorte
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que chacune d'elles soit conductrice sur 180 de la période. Le courent conduit par la valve 4 est représenté par la courbe X de la fig.2, et celui qui traverse la valve 5 est représenté par la courbe B de la même figure. Par suite de la forte inductance 16 en série avec les enroulements 15 des réactances saturables 11 et 12, la force magnétomotrice établie dans les noyaux 13 de ces réactances peut être telle qu'elle atteigne la valeur représentée par la courbe C de la fi.2.
Au point a de la courbe A qui représente le début de la période conductrice de la valve 4, on voit que le courant qui traverse l'enroulement 15 a un sens positif et une amplitude maximum; l'enroulement 15 sature donc le noyau 13 de la réactance 11, de telle sorte que la réactance inductive offerte au courant qui traverse l'enroulement 14 est relativement faible et permet un accroissement rapide du courant. On notera de plus qu'au commencement de la période de conductibilité, le courant qui traverse l'enroulement 15 établit un flux dans le noyau 13, flux qui a le même sens qucelui établi par l'enroule- ment série 14.
La courbe E de la fig.3 est la courbe d'aimentation des noyaux des réactances 11 et 12. Au commencement de la période de commutation, repré- senté par le point de la courbe A, la réactance 11 est pratiquement saturée et peut être considérée comme fonctionnant sur la partie de la courbe E située au delà du point d.
Durant l'intervalle b-c de la courbe A, la vitesse de diminution du courant dans la valve 4 est notablement réduite, de telle sorte qu'au vosi- nase de la fin de la période de conductibilité et pendant la période de commu- tation, les ions positifs de la valve puissent se diffuser sans qu'il s'éta- blisse des gradients élevés de potentiel à l'intérieur de la valve. Ce ralen- tissement de la décroissance du courant, représentée par la partie de la courbe A comprise entre les points b et c, est obtenue par une augmentation de l'indue- tance de l'enroulement 14.
On notera qu'au cours de cet intervalle, la force manétomotrice représentée par la courbe C est en sens inverse et atteint l'am- plitude maximum, de telle sorte que le noyau 13 de la réactance 11 n'est pas saturé au cours de l'intervalle b-c et qu'il fonctionne au voisinage du point e sur la partie linéaire de la courbe de magnétisation E. La courbe D représente la tension induite dans les enroulements 14.
On voit ainsi que les réactances 11 et 12 août une valeur faible
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au début des périodes de conductibilité, ce qui est nécessaire pour que le cou- rant s'établisse pratiquement en phase avec la tension appliquée aux valves.
Comme les réactances 11 et 12 sont saturées par les enroulements de commande 15 avant le commencement de la période de conductibilité, le courant qui traverse chaque valve (tel que représenté par les courbes A et B de la fig.2) peut aug- menter trèsrapidement. De plus, le système possède la caractéristique avanta- geuse d'accroître automatiquement l'inductance des enroulements 14 au voisinage de la fin des périodes de conductibilité, de telle sorte que le courant diminue à un régime plus lent pour permettre la diffusion des ions positifs à l'inté- rieur des valves 4 et 5.
Bien que l'invention représentée Fig.l ait été décrite à propos d'un système de transfert d'énergie entre un circuit alternatif monophasé et un circuit à courant continu, on conçoit que, d'une façon plus générale, elle puisse être appliquée à des systèmes de transfert d'énergie dans un sens ou l'autre entre des circuits polyphasés et des circuits à courant continu ou en- tre des circuits à courant alternatif de fréquences égales ou différentes,
La fig.4 représente une forme de réalisation de l'invention ap- pliquée à un système de transfert d'énergie entre un circuit à courant alterna- tif polyphasé 17 et un circuit à courant continu 18 par l'intermédiaire des valves 19 à 24 inclusivement.
Ces valves sont de préférence à gaz ou à vapeur : leur conductibilité est commandée par un circuit d'excitation 25 comportant un transformateur 26 muni de primaires 27 et de secondaires 28. Le circuit d'exci- tation 25 peut être alimenté par une source appropriée de courant alternatif, telle que le circuit 17, par l'intermédiaire d'un dispositif déphaseur 29. Des résistances 30 sont connectées en série avec les organes de commande de chacune des valves 19-24 et les potentiels de polarisation sont appliqués aux grilles de commande dé ces valves par tout dispositif approprié tel que des batteries 31 par exemple.
En série avec le circuit à courant alternatif 17 et les valves 19-22, 20-23 et 21-24, on a prévu des réactances saturables 32-33-34 comportant chacune an noyau 35, un enroulement 36 et un enroulement de commande 37. Les enroulements 36 servent à régler le régime de variation du courant qui traverse les valves, au voisinage et à la fin des périodes de conductibilité. L'induc- tance des enroulements 36 est commandée par les enroulements 37. Les noyaux 35 des réactances 32-33-34 sont saturés pour un faible pourcentage de la valeur du courant qui, en pleine charge, traverse les enroulements 36.
En d'autres
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termes, les noyaux 35 sont prévus de manière à se saturer pour de faibles va- leurs de la force magnétomotrice par rapport à celle appliquée aux noyaux lors- que le courant de pleine charre traverse les enroulements 36. Les enroulements de commande 37 comportent un plus petit nombre de tours que les enroulements associés 36 et ils peuvent indépendamment provoquer la saturation des ncyaux 35.
Les valves 19 à 24 inclusivement sont rendues alternativement conductrices et non conductrices, de manière à effectuer le redressement com- plet du courant alternatif. On notera que chaque valve conduit le courant sur 120 de la période et que, pendant chacun de ces intervalles, une valve quel- conque n'est conductrice que sur 60 simultanément avec une autre valve. Par exemple, les valves 20 et 24 conduisent simultanément le courant sur 60 de la période, et les valves 20 et 22 pendant les 60 qui suivent, le courant étant commuté pendant les premiers 60 , de la valve 24 à la valve 22.
En considérant les courbes de fonctionnement du système, repré- sentées Fig.5, la courbe F peut représenter le courent qui traverse l'enroule- ment 36 , de la réactance saturable 32, la courbe G représentant le courant qui traverse l'enroulement 36 de la réactance saturable 34 et l'enroulement de com- mande 37 de la réactance saturable 32. Au cours de l'intervalle f-g, aucun cou- rant ne traverse l'enroulement 36 de la réactance saturable 32, mais le courant de l'enroulement 37 de cette dernière est maximum et la force magnétomotrice de cet enroulement est appliquée au noyau 35 de la réactance 32.
Cette force magnéto motrice peut être représentée par la courbe H de la fig.5. Comme l'enroulement série 36 de la réactance 34 est connecté en série avec 1'enroulement 37 de la réactance 32, l'état magnétique du noyau 35 de la réactance 32 correspond à la valeur du courant dans cette phase du système polyphasé.
Du fait du courant qui traverse l'enroulement 37 de la réactance 32, le noyau 35 est pratiquement saturé au point g de telle sorte que, lorsque la valve 23 est rendue conductrice de manière à commuter le courant provenant de la valve 22, la réactanceinductive offerte par l'enroulement série 36 est rela- tivement faible, et le courant peut s'accroître rapidement, sans réduire le fac- teur de puissance du circuit alternatif 17. Pendant l'intervalle g-h, les valves 23-21 sont conductrices et transmettent le courant du circuit alternatif 17 au circuit à courant continu 18 par l'enroulement 37 de la réactance 34, l'enroule- ment série 36 de la réactance 33, une phase du circuit 17, l'enroulement série 36 de la réactance 32 et l'enroulement de commande 37 de la réactance 33.
Au cours
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de l'intervalle h-i, le courant est fourni au circuit à courant continu 18, à partir du circuit à courant alternatif 17, par l'intermédiaire des valves 19 et 23, ce courant ayant été commuté de la valve 21 à la valve 19 à l'instant corres- pondant au point h.
On notera que, pendant l'intervalle h-i, le sens du transfert du courant par l'enroulement 37 de la réactance 32 a été inversé par rapport à ce- lui du courant qui traverse cet enroulement pendant l'intervalle f-g, provoquant ainsi une réduction de la force magnétomotrice résultante appliquée au noyau 35.
A l'instant correspondant au point i, le courant est commuté de la valve 23 à la valve 24. Pendant la période de commutation, représentée par la partiei-j de la courbe F, le courant qui traverse la valve diminue à un régime relativement lent du fait de l'inductance accrue, grâce aux forces magnétomotrices directement op- posées appliquées sur le noyau 35 de la réactance 32 par l'enroulement de comman- de 37. La courbe J représente la tension induite dans l'enroulement 37 de la réactance saturable 32.
D'une manière analogue, les réactances saturables 32, 33 et 34 commandent la vitesse de variation de courant des valves 19-24 à la fin des pé- riodes de conductibilité ou pendant les périodes de commutation, de manière à éviter l'établissement de gradients élevés de potentiel dans ces valves, en lais- sant aux ions positifs un temps suffisant pour se diffuser.
Comme précédent, une caractéristique particulière du dispositif de la fig.4 consiste en ce fait qu'on a prévu des moyens permettant d'effectuer la saturation des réactances 32,33et 34 au commencement des périodes de conduc- tibilité, de 'telle sorte que le courant augmente très rapidement, ainsi que des moyens grâce auxquels la saturation des réactances est automatiquement réduite avant les périodes de commutation, de manière% que la vitesse de variation du courant dans les valves diminue au-dessous d'une valeur prédéterminée en vue de donner aux ions positifs un temps suffisant pour se diffuser et pour éviter l'établissement des gradients élevés de potentiel dans les valves.
On comprendra de plus que dans l'exemple considéré, cette comman- de de l'état magnétique des réactances saturables 32-33-34 est obtenue par les courants des phasse associées du circuit polyphasé. Dans le dispositif représenté Fig.4, le même effet peut être obtenu en inversant le sens des enroulements de commande 37 des réactances saturables 32-33-34 et en utilisant une rotation de phase opposée.
La fig.6 représente une autre forme de réalisation de l'invention
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appliquée à un système de transfert d'énergie entre un circuit triphasé 38 et un circuit à courant continu 39 par l'intermédiaire des valves 40 à 43 'inclusivement. Entre le circuit triphasé 38 et les valves 40 è 43 inclusive- ment, on prévoit un transformateur triphasé-tétraphasé 44 comportant un pri- maire 45 et des secondaires 46-47-48-49. En série avec ces derniers et les valves 40 à 43, on a prévu des réactances saturables 50 et 51 comportant des enroulements 52 à 55 inclusivement.
Les enroulements 52 et 53 sont connectés en série avec les secon- daires 46 et 48 respectivement du transformateur 44, et les enroulements 54 et 55 sont connectés en série avec les secondaires 47 et 49 respectivement du transformateur @4. Les réactances 50 et 51 comportent des enroulements de commande 56-57 et 58-59 respectivement qui commandent l'état magnétique des noyaux des réactances 50 et 51 respectivement et retient la valeur de l'induc- tances des enroulements série 52 à 55 inclusivement. Les enroulements de com- mande 56 et 57 sont alimentés par le courant des secondaires 47 et 49 respec- tivement du transformateur 44, et les enroulements de comm@nde 58 et 59 sont alimentés suivant la valeur du courant des enroulements secondaires 46 et 48 du transformateur 44.
Les enroulements de commande 56 à 59 inclusivement com- portent un plus petit nombre de tours que les enroulements série 52 à 55 inclusivement, mais suffisent pour produire un effet de saturation et de dé- saturation des noyaux respectifs pendant les intervalles prédéterminés d'amor- care et de commutation.
Le fonctionnement du système de transfert représenté Fig.6 est pratiquement le même que celui décrit précédemment à propos de la fi.4. On voit que les valves 40 à 43 inclusivement sont rendues conductrices dans un ordre prédéterminé pour transmettre du courant du circuit alternatif triphasé 38 au circuit à courant continu 39. Les enroulements de commande 56 à 59 in- clusivement saturent les noyaux des réactances 50 et 51 de telle sorte que la réactance inductive offerte au courant par les enroulements série 52-54 soit relativement faible au commencement des périodes de conductibilité.
De plus, les enroulements 56 à 59 commanderont l'état magnétique des noyaux des réac- tances 50 et 51 pour provoquer un accroissement sensible de l'inductance des enroulements série 52 à 55 inclusivement, au voisinage de la fin des périodes de conductibilité, et pendant les périodes de commutation, de telle sorte que la vitesse de variation du courant soit maintenue entre les limites prédéter- 'minées.
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La fil-.7 représente schématiquement une autre variante de l'in- vention appliquée à un système de transfert d'énergie entre un circuit à cou- rant alternatif 60 et un circuit à courant continu 61 par l'intermédiaire des valves 62 à 67 inclusivement et par le transformateur 68. La commande des circuits d'excitation des valves 62 à 67 n'est pas représentée, mais on peut évidemment utiliser tout dispositif connu pour commander la conductibilité de ces valves,
Entre les secondaires du transformateur 68 et les valves 62 à 67 inclusivement, on a prévu des réactances saturables 69-70-71 comportant res- pectivement des noyaux 72-73-74 et ayant chacun une paire d'enroulements 75-76 disposés de manière analogue, ainsi qu'un enroulement de commande 77.
Les en- roulements 75 des réactances 69-70-71 sont connectés en série avec les valves 62-63-64'respectivement. Les enroulements 76 de ces réactances sont connectés en série avec les valves 65-66-67. Les enroulements de commande 77 sont ali- mentés suivant la valeur du courant continu du circuit 61 et sont connectés en série avec les valves 65-66-67. Les enroulements de commande 77 fournissent, dans les'noyaux 72-73-74, une force magnétomotrice opposée aux forces magnéto- motrices établies par les enroulements série 75 et 76.
Le système de transfert représenté fig.7 et les réactances asso- ciées 69170-71 peuvent être employés dans les applications dans lesquelles on peut admettre une légère 'diminution du facteur de puissance.
Comme les enroulements de commande 77 appliquent à tout instant, sur les noyaux 72-73-74 des réactances 69-70-71, des forces magnétomotrices qui s'opposent aux forces magnétomotrices fournies par les enroulements série 75 et 76, ces enroulements de commande tendent à provoquer un accroissement de l'inductance des enroulements série 75 et 76 au commencement et à la fin des périodes de conductibilité. Comme on peut diminuer la vitesse de variation du courant au voisinage de la fin de la période de conductibilité, le disposi- tif de la fi.7 permet donc aussi d'éviter l'établissement de gradients élevés de potentiel dans les valves, ainsi que les arcs en retour.
Bien qu'on ait représenté et décrit plusieurs formes de réalisa- tion de l'invention, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à ces for- mes particulières, données simplement à titre d'exemple et sans aucun carac- tère restrictif et que par conséquent toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus, rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.
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IMPROVEMENTS TO CIRCUITS CONTAINING ELECTRICAL VALVES
The present invention relates to circuits comprising electric valves, and more particularly gas or steam valves. In certain circuits of this type, it has been found that it is necessary to provide means intended to eliminate, or at least to reduce to a certain minimum, the probability of return arcs. It has been found that these return arcs can be practically eliminated by avoiding the establishment of high potential gradients within the valves during switching periods.
It was also found that the establishment of these high voltage gradients was due, to a large extent, to the increase in the concentration of ions or to their storage in a valve as the current is switched between. the valves of the
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circuit.
One of the objects of the invention consists of an improved circuit intended for controlling valves containing an ionable medium and comprising the application of means which prevent the appearance of back arcs.
According to the invention, suitable reactors are employed for this purpose which may be of the saturable type and comprise a winding connected in series with the valves in order to modify the speed of the variation of the current in said valves at the end of their conductivity periods and during switching periods.
Each of these reactors can also include a winding which controls its saturation and which thus regulates the value of the inductance of its winding connected in series with the valves. The reactance is preferably designed so that it can be saturated at a very low percentage of the normal valve current. By adjusting the power supply and the saturation winding, a device is used which produces saturation before and during most of the conductivity period, so that the. inductive reactance opposed to the flow of current is relatively low.
In the variants of the invention described below, various devices have been provided intended to supply the control winding in order to obtain such saturation of the reactances beforehand at the start of each period of conductivity, so as not to decrease. the power factor of the circuit.
Towards the end of the conductivity periods, the control winding causes a large increase in the inductance of the series winding, so that the rate of the current change in the valves is reduced below that which can provide dangerous voltage gradients within the particular valves employed. In other words, the rate of change in intensity is kept below a predetermined value, so that the positive ions associated with the ion plasma inside the valve can be released. sufficient diffusion time without the establishment of high potential gradients.
The new characteristics and the advantages of the invention will be better understood by referring to the following description and to the accompanying drawings, given simply by way of non-limiting examples and in which:
Fig. 1 schematically shows an embodiment of
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the invention applied to a two-phase rectifier in which regulating reactors are connected in series with the valves;
Figs. 2 and 3 show the operation of the circuit of fig. 1.
Fig. 4 schematically shows another embodiment of the invention applied to an energy transfer system between a three-phase circuit and a direct current circuit;
Fig.5 shows the operation of the circuit of fig.4;
Fig. 6 schematically shows another form of the invention applied to a four-phase circuit;
FIG. 7 is another variant of the invention applied to an energy transfer device between a three-phase circuit and a direct current circuit.
In fig.l, there is shown a rectifier arranged between the alternating current line 1 and a direct current circuit 2; it comprises a transformer 3 and the valves 4 and 5, preferably of the type using gases or vapors. The conductivity of valves 4 and 5 can be controlled by any known device such as circuit 6 comprising a transformer 7, a phase shifter ', rotary 8, resistors 9 and a polarization device such as a battery 10.
To adjust the current in the valves 4 and 5 at the end of the periods of conductivity, saturable reactors 11 and 12 'have been provided, each provided with a core 13, a winding 14 in series with the corresponding valve. and a control winding 15. The latter is supplied by the terminals of the secondary of transformer 3 and it is connected in series with an inductor 16 of relatively high value. The saturable reactances 11 and 12 are designed such that their cores 13 are saturated with a relatively small magneto motive force compared to the magnetomotive force due to the full load current in the winding 14.
In other words, the cores 13 of the reactors 11 and 12 are saturated at relatively low values of the magneto-motive force, and the windings 15 have a lower number of ampere-turns than the windings 14.
The operation of the circuit shown in Fig.l will be better understood by considering the curves shown in Figs. 2 and 3. The valves 4 and 5 are made alternately conductive by the excitation circuit 6, in such a way
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that each of them be conductors over 180 of the period. The current led by the valve 4 is represented by the curve X in fig. 2, and the one which passes through the valve 5 is represented by the curve B in the same figure. As a result of the strong inductance 16 in series with the windings 15 of the saturable reactors 11 and 12, the magnetomotive force established in the cores 13 of these reactances can be such that it reaches the value represented by the curve C of fi.2 .
At point a of curve A which represents the start of the conducting period of valve 4, it can be seen that the current which passes through winding 15 has a positive direction and a maximum amplitude; the winding 15 therefore saturates the core 13 of the reactance 11, so that the inductive reactance offered to the current which passes through the winding 14 is relatively small and allows a rapid increase in the current. Note further that at the beginning of the conductivity period, the current flowing through winding 15 establishes a flow in core 13, which flow has the same direction as that established by series winding 14.
Curve E in fig. 3 is the feed curve for the cores of reactors 11 and 12. At the start of the switching period, represented by the point on curve A, reactance 11 is practically saturated and can be considered to operate on the part of the curve E located beyond point d.
During the interval bc of curve A, the rate of decrease of the current in the valve 4 is markedly reduced, so that at the end of the conductivity period and during the switching period, positive ions from the valve can diffuse without high potential gradients building up inside the valve. This slowing down of the decrease in the current, represented by the part of the curve A between points b and c, is obtained by an increase in the inductance of the winding 14.
It will be noted that during this interval, the manetomotor force represented by curve C is in the opposite direction and reaches the maximum amplitude, so that the core 13 of the reactance 11 is not saturated during interval bc and that it operates in the vicinity of the point e on the linear part of the magnetization curve E. Curve D represents the voltage induced in the windings 14.
We thus see that the reactances 11 and 12 August a low value
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at the start of periods of conductivity, which is necessary for the current to establish itself practically in phase with the voltage applied to the valves.
Since reactors 11 and 12 are saturated by control windings 15 before the start of the conductivity period, the current flowing through each valve (as shown by curves A and B in fig. 2) can increase very quickly. . In addition, the system has the advantageous characteristic of automatically increasing the inductance of the windings 14 near the end of the periods of conductivity, so that the current decreases at a slower rate to allow diffusion of the positive ions. inside valves 4 and 5.
Although the invention shown in Fig. 1 has been described with regard to an energy transfer system between a single-phase AC circuit and a DC circuit, it is understood that, more generally, it can be applied to systems for transferring energy in one direction or the other between polyphase circuits and direct current circuits or between alternating current circuits of equal or different frequencies,
Fig. 4 shows an embodiment of the invention applied to an energy transfer system between a polyphase alternating current circuit 17 and a direct current circuit 18 by means of the valves 19 to 24. inclusive.
These valves are preferably gas or steam: their conductivity is controlled by an excitation circuit 25 comprising a transformer 26 provided with primaries 27 and secondaries 28. The excitation circuit 25 can be supplied by an appropriate source. AC current, such as circuit 17, through a phase shifter 29. Resistors 30 are connected in series with the actuators of each of the valves 19-24 and the bias potentials are applied to the gates. control of these valves by any suitable device such as batteries 31 for example.
In series with the alternating current circuit 17 and the valves 19-22, 20-23 and 21-24, saturable reactors 32-33-34 each comprising a core 35, a winding 36 and a control winding 37 are provided. The windings 36 serve to regulate the rate of variation of the current which passes through the valves, in the vicinity and at the end of the periods of conductivity. The inductance of the windings 36 is controlled by the windings 37. The cores 35 of the reactors 32-33-34 are saturated for a small percentage of the value of the current which, at full load, passes through the windings 36.
In others
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In other words, the cores 35 are provided so as to saturate at low values of the magnetomotive force compared to that applied to the cores when the full-load current passes through the windings 36. The control windings 37 have a plus. smaller number of turns than the associated windings 36 and they can independently cause saturation of the ncyaux 35.
The valves 19 to 24 inclusive are made alternately conductive and non-conductive, so as to effect full rectification of the alternating current. Note that each valve conducts current over 120 of the period and that during each of these intervals any valve conducts only 60 simultaneously with another valve. For example, valves 20 and 24 simultaneously conduct current for 60 of the period, and valves 20 and 22 for the next 60, current being switched during the first 60, from valve 24 to valve 22.
Considering the operating curves of the system, shown in Fig. 5, the curve F can represent the current which crosses the winding 36, of the saturable reactance 32, the curve G representing the current which crosses the winding 36 of the saturable reactance 34 and the control winding 37 of the saturable reactance 32. During the interval fg, no current flows through the winding 36 of the saturable reactance 32, but the current of the winding 37 of the latter is maximum and the magnetomotive force of this winding is applied to the core 35 of the reactance 32.
This magneto-motive force can be represented by the curve H in fig.5. Since the series winding 36 of the reactance 34 is connected in series with the winding 37 of the reactance 32, the magnetic state of the core 35 of the reactance 32 corresponds to the value of the current in that phase of the polyphase system.
Due to the current flowing through the winding 37 of the reactance 32, the core 35 is nearly saturated at point g so that when the valve 23 is made conductive so as to switch the current from the valve 22, the inductive reactance offered by the 36 series winding is relatively small, and the current can increase rapidly, without reducing the power factor of the AC circuit 17. During the interval gh, the valves 23-21 are conductive and transmit the current from the alternating circuit 17 to the direct current circuit 18 through the winding 37 of the reactance 34, the series winding 36 of the reactance 33, a phase of the circuit 17, the series winding 36 of the reactance 32 and the control winding 37 of the reactance 33.
During
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from the interval hi, current is supplied to the DC circuit 18, from the AC circuit 17, through the valves 19 and 23, this current having been switched from the valve 21 to the valve 19 to the instant corresponding to point h.
Note that, during the interval hi, the direction of current transfer through the winding 37 of the reactance 32 has been reversed with respect to that of the current flowing through this winding during the interval fg, thus causing a reduction of the resulting magnetomotive force applied to the core 35.
At the instant corresponding to point i, the current is switched from valve 23 to valve 24. During the switching period, represented by part i-j of curve F, the current passing through the valve decreases at a relatively low speed. slow due to the increased inductance, due to the directly opposed magnetomotive forces applied to the core 35 of the reactance 32 by the control winding 37. Curve J represents the voltage induced in the winding 37 of the saturable reactance 32.
Similarly, saturable reactors 32, 33 and 34 control the rate of current variation of valves 19-24 at the end of periods of conductivity or during switching periods, so as to avoid the establishment of high potential gradients in these valves, allowing positive ions sufficient time to diffuse.
As above, a particular characteristic of the device of FIG. 4 consists in the fact that means are provided which make it possible to saturate the reactances 32, 33 and 34 at the start of the periods of conduc- tivity, so that the current increases very rapidly, as well as means by which the saturation of the reactors is automatically reduced before the switching periods, so that the rate of change of the current in the valves decreases below a predetermined value with a view to give positive ions sufficient time to diffuse and to avoid the establishment of high potential gradients in the valves.
It will also be understood that in the example considered, this control of the magnetic state of the saturable reactors 32-33-34 is obtained by the currents of the associated phases of the polyphase circuit. In the device shown in Fig.4, the same effect can be obtained by reversing the direction of the control windings 37 of the saturable reactors 32-33-34 and using an opposite phase rotation.
Fig. 6 shows another embodiment of the invention
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applied to an energy transfer system between a three-phase circuit 38 and a direct current circuit 39 via the valves 40 to 43 'inclusive. Between the three-phase circuit 38 and the valves 40 to 43 inclusive, there is provided a three-phase-four-phase transformer 44 comprising a primary 45 and secondaries 46-47-48-49. In series with these and the valves 40 to 43, there are provided saturable reactors 50 and 51 having windings 52 to 55 inclusive.
The windings 52 and 53 are connected in series with the secondaries 46 and 48 respectively of the transformer 44, and the windings 54 and 55 are connected in series with the secondaries 47 and 49 respectively of the transformer @ 4. Reactors 50 and 51 have control windings 56-57 and 58-59 respectively which control the magnetic state of the cores of reactors 50 and 51 respectively and retain the value of the inductances of series windings 52 to 55 inclusive. The control windings 56 and 57 are supplied with the current of the secondaries 47 and 49 respectively of the transformer 44, and the control windings 58 and 59 are supplied according to the value of the current of the secondary windings 46 and 48 of the transformer. transformer 44.
The control windings 56 to 59 inclusive have a smaller number of turns than the series windings 52 to 55 inclusive, but are sufficient to produce an effect of saturation and desaturation of the respective cores during the predetermined ignition intervals. care and switching.
The operation of the transfer system shown in Fig.6 is practically the same as that described previously with regard to fi.4. It is seen that the valves 40 through 43 inclusive are made conductive in a predetermined order to transmit current from the three-phase AC circuit 38 to the DC circuit 39. The control windings 56 to 59 inclusive saturate the cores of the reactors 50 and 51. so that the inductive reactance offered to the current by the 52-54 series windings is relatively low at the beginning of the periods of conductivity.
In addition, windings 56 to 59 will control the magnetic state of the cores of reactors 50 and 51 to cause a substantial increase in the inductance of series windings 52 to 55 inclusive, near the end of the periods of conductivity, and during switching periods, so that the rate of change of the current is maintained within the predetermined limits.
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Wire-.7 schematically represents another variant of the invention applied to an energy transfer system between an alternating current circuit 60 and a direct current circuit 61 via the valves 62 to 67. inclusive and by the transformer 68. The control of the excitation circuits of the valves 62 to 67 is not shown, but any known device can obviously be used to control the conductivity of these valves,
Between the secondaries of the transformer 68 and the valves 62 to 67 inclusive, saturable reactors 69-70-71 have been provided respectively comprising cores 72-73-74 and each having a pair of windings 75-76 arranged in such a manner. analog, as well as a control winding 77.
The windings 75 of the reactors 69-70-71 are connected in series with the valves 62-63-64 'respectively. The windings 76 of these reactors are connected in series with the valves 65-66-67. The control windings 77 are supplied according to the value of the direct current of the circuit 61 and are connected in series with the valves 65-66-67. Control windings 77 provide, in cores 72-73-74, a magnetomotive force opposite to the magnetomotive forces established by series windings 75 and 76.
The transfer system shown in Fig. 7 and the associated reactors 69170-71 can be employed in applications where a slight decrease in power factor can be allowed.
As the control windings 77 apply at all times, on the cores 72-73-74 of the reactances 69-70-71, magnetomotive forces which oppose the magnetomotive forces supplied by the series windings 75 and 76, these control windings tend to cause the inductance of series windings 75 and 76 to increase at the beginning and end of periods of conductivity. As the speed of variation of the current can be reduced in the vicinity of the end of the conductivity period, the device of fi.7 therefore also makes it possible to avoid the establishment of high potential gradients in the valves, as well as the arcs back.
Although several embodiments of the invention have been represented and described, it is obvious that one does not wish to limit oneself to these particular forms, given merely by way of example and without any character. restrictive and that consequently all the variants having the same principle and the same object as the arrangements indicated above, would come within the scope of the invention as they did.