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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.