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" Convertisseur statique de aourant aveo réglage de tension ".
Différentes méthodes ont été proposées pour améliorer, dans le réglage de tension des convertisseurs statiques de courant au moyen d'une commande à grilles, les conditions de phase dans le ou les réseaux à courant alternatif en comparaison à ce qui est possible avec le simple et régulier retard de la commutation de chaque anode. Le problème est relativement simple tant qu'on vise seulement à un minimum de déphasage partout entre les limites de.tension ou, en d'autres termes, à un minimum de dépense de puissance réactive de la part du convertisseur. On peut dans ce cas, à titre d'exemple, relier deux convertisseurs en parallèle, l'un desquels a les instants de
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commutation avancés en temps autant qu'ils sont retardés dans l'autre.
Un autre moyen est de bloquer certaines anodes de fa- çon qu'on passe sur elles dans la commutation. De cette manière, on obtient certaines valeurs de la tension pour lesquelles le facteur de puissance dans le réseau de courant alternatif devient 1, et dans les zones intermédiaires de tension, on peut recourir au retard ordinaire de la commutation sans que le facteur de puissance diffère trop de l'unité.
Un problème beaucoup plus difficile, qu'il est désirable de résoudre dans beaucoup de cas, est le réglage de la tension et du déphasage d'une façon essentiellement indépendante l'un de l'autre de manière que le convertisseur puisse, pour chaque valeur de rapport de tension, fournir ou absorber une quantité de puissance réactive réglable à volonté entre des limites raisonnables. Ce problème ne peut pas être résolu par aucune des méthodes mentionnées ci-dessus.
En omettant certaines anodes dans la séquence de commutation, on est lié au facteur de puissance 1 à certaines valeurs de la tension, et dans le cas de convertisseurs en parallèle, dont l'un est commuté d'avance et l'autre en retard, on est toujours lié au facteur de puissance 1, si on ne veut pas charger les deux convertisseurs différemment, ce qui nécessite une augmentation de leurs dimensions par rapport à la charge normale. On peut certainement faire opérer les convertisseurs à des tensions différentes si l'on les relie en série au lieu d'en parallèle, mais ceci amène d'autres dif- ficultés, par exemple que la chute de tension et ainsi les pertes sont doublées.
La présente invention comprend un montage de convertisseur statique de courant, qui rend possible un réglage indépendant de la tension et du déphasage entre d'amples limites, sans être sujet à aucun des inconvénients ou des limitations ci-dessus spécifiés. La caractéristique du montage est qu'il travaille
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aveo deux séquences d'anodes reliées à travers un transformateur de succion et dont les instants de commutation sont indépendamment réglables, mais qui ne représentent pas une division permanente des anodes mais une division variable avec la commu- tation, chaque anode servant alternativement dans l'une séquence et dans l'autre.
Un tel service alternant des anodes dans deux séquences reliées à travers un transformateur de succion est connu en soi, mais sa propriété de rendre possible un réglage indépendant de la tension et du déphasage n'a pas été oon- çue et utilisée plus tôt, et le montage n'a donc pas été employé dans la présente combinaison. Ledit réglage indépendant est rendu possible par le fait que, au cours de la transition des anodes alternativement entre les deux séquences, le transformateur de succion est mis sous tension alternativement dans les deux sens opposés et devient ainsi capable d'effectuer l'égalisation de tension qui ntest pas possible entre des groupes d'anodes à division permanente reliés en parallèle.
Différentes formes de l'invention, appliquée à un aonver- tisseur opérant à six phases, sont représentées d'une façon schématique dans le dessin annexé.
La figure 1 représente une telle forme, tandis que les figures 2 et 3 sont deux diagrammes de son opération dans des cas de réglage différents, pour le redressage à titre d'exemple.
La figure 4 représente un exemple d'un montage auxiliaire pour la commande des grilles d'un convertisseur d'après les figures précédentes.
La figure 5 représente un schéma, correspondant à la partie centrale de la figure 1, mais d'une forme modifiée, et
Les figures 6 et 7 deux diagrammes de modes d'opération différents rendus possibles dans cette forme.
La figure 1 montre une cuve à valves 7, contenant deux
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groupes d'anodes reliés chacun à un groupe d'enroulement triphasé d'un transformateur, dont l'enroulement primaire n'est pas représenté. Chaque phase contient deux enroulements, qui sont reliés chacun à son anode. Les phases d'un des groupes triphasés sont désignées par 1, 3, 5 et les phases de l'autre groupe, déplacé de 60 par rapport au premier, par 2, 4, 6.
Les deux enroulements appartenant à la même phase sont distingués entre eux par les caractères additionnels a, b. L'anode appartenant à chaque enroulement a le numéro de ce dernier augmenté par 10, de façon que l'anode lla appartienne à l'enroulement la.
Les deux groupes triphasés désignés par les caractères a et b ont des points neutres qui sont reliés entre eux à travers des transformateurs de succion, désignés par 21 pour 1' étoile triphasée impaire et par 22 pour l'étoile paire. Ces transformateurs de succion servent, pendant les périodes de commutation, comme enroulements secondaires de transformateurs de commutation. Les enroulements primaires de ces transformateurs sont reliés à un condensateur commun 30 à travers des valves de blocage ( " anodes correspondantes de transition ") 31a, 31b, 32a, 32b. Par le montage hexaphasé, la connexion du condensateur aux transformateurs de commutation est simplifiée en utilisant les deux sens de décharge pour la commutation.
Du reste, le mode d'opération de l'étoile triphasée paire est, du point de vue de la présente invention, tout à fait analogue au mode d'opération de l'étoile impaire, d'où il résulte qu' il est seulement nécessaire de décrire le dernier dans les lignes suivantes. Les points de milieu des deux transformateurs de succion 21 et 22 sont reliés aux bornes d'un transformateur central de succion 20, dont le point de milieu forme une borne du réseau de courant continu ( négative dans le redressage ), tandis que la cathode de la cuve 7 forme l'autre borne.
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La figure 2 représente un exemple du mode d'opération d' un montage d'après la figure 1, la commande de la commutation étant telle que la tension devient environ 70 % de la tension maximum, tandis que le convertisseur fournit un oourant oapaci- tatif ( une certaine puissance réactive au réseau de courant alternatif. Dans le diagramme, on a représenté en trait fin les tensions des différents enroulements de phases et en trait gros et plein les tensions résultantes à courant continu entre la cathode et le point neutre du transformateur de succion; la valeur moyenne de ces tensions, égalisée par le transformateur central de succion et par l'inductance de lissage 25, détermine la tension du réseau à courant continu.
Pour chaque partie de la période, les numéros des enroulements sont donnés dont les anodes débitent et qui sont donc traversés de courant. Au début du diagramme, les anodes 15a et 13b débitent, correspondant aux enroulements 5a et 3b, La différence entre les tensions de ces enroulements est au début assez grande, ce qui correspond à une haute tension à travers le transformateur 21, représentée par la courbe trait-point. Quand les courbes de tension se coupent, la tension moyenne devient un maximum et la tension à travers le transformateur de succion devient 0.
20 après ledit point d'intersection environ, l'anode 15b est libérée et commence à débiter, vu qu'elle a un potentiel supérieur à celui de l'anode 13b. Les deux anodes 15a et 15b appartenant à la même phase débitent donc à la fois, d'où il résulte que la tension extérieure devient égale à leur tension commune et la tension à travers le transformateur de succion devient 0. 10 environ après que les tensions d'anodes ont passé leur valeur maximum, c'est-à-dire 50 avant le proohain point naturel de commutation, une commutation est forcée de l'anode 15b à l'anode llb. Ceci peut être effectué par des moyens quelconques, par exemple par des grilles d'extinction,
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par une onde de tension superposée ou par une anode de transition.
Dans l'exemple représenté, la commutation forcée se fait en obligeant d'abord l'anode 15a d'absorber le courant de l'anode 15b avec son propre courant, et de délivrer ensuite la moitié de son courant à l'anode llb. Dans ce but, la voie à travers l'anode correspondante de transition 31b est débloquée, de façon que le condensateur 30, chargé d'avance avec la borne droite positive, se décharge par ladite voie. Le transformateur 21 devient donc positif au bout inférieur et négatif au bout supérieur, et l'anode 15a devient plus positif que l'anode 15b.
La première absorbe le courant entier, mais au fur et à mesure que le condensateur se décharge, le potentiel de l'anode 15a s'abaisse et le potentiel du système b remonte, de façon que l'anode llb, débloquée entretemps, commence à débiter une partie du courant. La décharge du condensateur continue jusqu'à ce que les anodes 15a et llb divisent le courant à parties égales, quand le transformateur est en équilibre sans un courant primaire. Le potentiel du point de milieu du transformateur de suocion est maintenant tombé jusqu'à la valeur représentée par le commencement de la courbe désignée par 5a lb, et il suit cette courbe pendant 70 ,'après quoi l'anode lla est débloquée et une commutation spontanée se produit à cette dernière anode de l'anode 15a.
Le prochain pas devient une commutation forcée de l'anode lla à l'anode 13a, qui a lieu 1200 après la commutation forcée de l'anode 15a à l'anode llb. Ensuite une commutation spontanée de llb à 13b a lieu 1200 après la commutation spontanée de 15a à lla. On trouve donc que les commutations avancées, qui se passent à des intervalles de 120 , ont lieu alternativement dans les groupes b et a, et qu'il est égal pour les commutations retardées et spontanées qui ont aussi lieu avec des intervalles de 120 . Chaque anode individuelle entre successivement dans
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la séquence, de laquelle ou à laquelle la commutation est forcée, et aussi dans la séquence commutée spontanément.
Ainsi les anodes entrent dans la séquence relevée par une commutation forcée, dans l'ordre 15b, lla, 13b, 15a, llb, 13a et simultanément, elles entrent dans la séquence, qui relève l'autre par une commutation forcée, dans l'ordre llb, 13a, 15b, lla, 13b, 15a, Pendant le même espace de temps, le courant est commuté spontanément des anodes 15a, llb, 13a, 15b, lla, 13b aux anodes lla, 13b, 15a, llb, 13a, 15b. Chaque commutation complète a lieu alternativement dans le groupe a et dans le groupe b, mais pendant une commutation forcée dans un groupe, une anode de 1' autre groupe sert d'anode de transition.
Une commutation d'avan- ce dans un des groupes est toujours succédée par une commutation retardée dans l'autre groupe, et ainsi les séquences d'anodes, dont les instants de commutation se trouvent sur les oôtés différents de l'instant naturel de commutation, et qui représentent donc des types opposés de charge inductive du réseau de courant alternatif, sont toujours séparées par le transformateur de succion, qui produit donc une égalisation de tension, si la réduction de tension est plus poussée dans l'une séquence que dans l'autre.
En même temps, chacune des séquences contient alternativement des anodes des deux groupes reliés aux deux bornes du transformateur de succion, et pour cette raison, ce transformateur est soumis à une tension de courant alternatif et peut donc effectuer une égalisation de la tension, ce qu'il ne pourrait pas, si un groupe permanent d'anodes situé d'un côté du transformateur donnerait une autre tension continue qu'un groupe permanent de l'autre côté.
Dans l'exemple représenté, une commutation forcée a lieu quand le résultat de la commutation sera un débit simultané de deux anodes de phases différentes, tandis que la commutation conduisant à des anodes de phase égale débitant à la fois est
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spontanée. Cet ordre est l'ordre normal dans les redresseurs, dans lesquels l'une des séquences est commutée d'avance et l' autre en retard. Il rend possible, de la façon la plus simple, une utilisation rationnelle du condensateur de commutation, qui possède, après chaque commutation forcée, toujours la charge nécessaire pour la prochaine. Comme il est évident des figures 5 - 7 et de la description correspondante, un montage plus compliqué du condensateur de commutation est nécessaire quand toutes les deux séquences sont commutées d'avance.
La figure 3 représente un exemple dtune réduction plus poussée du rapport de tension avec le montage d'après la figure 1, de façon que la tension de courant continu rendue n'est que la moitié environ de la tension maximum, tandis que le déphasage du côté courant alternatif est 0, o'est-à-dire le facteur de puissance 1. Les surtensions nécessaires à la commutation forcée ne sont pas reproduites. Les marques de référence sont analogues à celles de la figure 2, et le mode d'opération doit être compris sans description détaillée. Les anodes de phase égale débitent seulement pendant des périodes courtes près de la valeur maximum de la tension de chaque phase, et dans les périodes intermédiaires, des anodes ayant un déphasage mutuel de 1200 débitent.
Ce qui est surtout commun pour chaque séquence d'anodes et qui la distingue de l'autre est la commande des grilles.
Dans l'exemple de commutation forcée décrit, la commande des grilles est le plus simplement arrangée d'une telle façon, que chaque anode a une grille laquelle est tenue à un potentiel négatif pendant la majeure partie de la période et qui obtient une courte impulsion positive seulement quand l'anode corres- pondante doit commencer à débiter. Chaque anode individuelle appartient, comme il est évident de ce qui a été dit, alternativement à la séquence commutée d'avance et à celle commutée en
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reara, et plus précisément, à la première penaant une de deux périodes entières et à la dernière pendant l'autre.
Comme la phase des impulsions des grilles appartenant à la première séquenoe doit être réglable indépendamment de la phase de celles appartenant à la dernière, ces impulsions doivent être dérivées de deux appareils indépendants l'un de l'autre. Chacun de ces appareils a un circuit pour chaque grille individuelle, et ce circuit doit fournir une impulsion pendant toutes les deux périodes seulement, On peut résoudre ce problème par un convertisseur de fréquence rotatif, qui fournit des impulsions de grilles de la moitié de la fréquence du courant alternatif, mais on peut aussi le résoudre par un appareil de caractère statique, tel qu'on a représenté schématiquement dans la figure 4, à titre d'exemple.
Une cuve à valves auxiliaire pour la commande des grilles y est désignée par 4, ses anodes par 41 - 46 et leurs grilles de commande par 51 - 56. Ces dernières reçoivent en paires des impulsions positives à travers un appareil de dépha- sage et d'aiguisage ou formateur de pointes 50, la phase de ces impulsions correspondant à une des séquences d'anodes. Les grilles 51 et 52 reçoivent donc une telle impulsion en même temps, les grilles 53 et 54 une autre etc..., chaque paire avec une différence de phase mutuelle de 1200 à la fréquence normale du courant alternatif.
Les anodes correspondantes sont cependant reliées à une source de courant continu 47 à travers une Indue- tanoe 48 en parallèle avec un condensateur 40 de façon que ces organes sont intercalés entre les deux anodes de chaque paire.
Si, à titre d'exemple, l'anode 41 débite à cause d'une impulsion de grille, elle renverse en même temps la charge du condensateur 40 de façon que les anodes à numéros pairs soient es- sentiellement plus positives que celles à numéros impairs à 1' occasion de la prochaine impulsion et une des premières, et plus exactement l'anode 44, est donc allumée. De cette façon l'anode
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41, à titre d'exemple, va conduire une impulsion seulement pendant l'une de- deux périodes et l'anode 42 pendant les périodes intermédiaires. Par des transformateurs 61 - 66, ces impulsions sont transmises aux grilles du oonvertisseur prinoipal.
Un appareil d'alimentation similaire, non représenté, qui peut avoir une cuve à valves en commun avec celui représenté, est pourvu pour l'autre séquence, et pour chaque grille individuelle du convertisseur principal, un enroulement secondaire d'un des transformateurs 61 - 66 et un enroulement secondaire de l'autre appareil non représenté sont reliés en série. De cette façon, chaque grille individuelle du convertisseur principal est soumise à une impulsion positive pendant l'une des deux périodes dans une phase déterminée par un des appareils de déphasage et pendant l'autre période dans une phase déterminée par l'autre appareil de déphasage. Ceci est la condition générale pour le mode d'opération décrit en connexion avec les figures 2 et 3.
Pour la commutation forcée, il faut naturellement un nombre d' impulsions additionnelles pour les anodes auxiliaires 3 la, 31b, etc..., mais celles-ci sont engendrées dans une manière analogue en principe à celle décrite. Comme chacune desdites anodes auxiliaires dessert trois anodes principales définies, les impul- sions de sa grille peuvent être obtenues en reliant en série des organes, représentant les impulsions aux grilles de ces anodes principales correspondant à la commutation forcée, éventuellement à travers un appareil pour ajuster un peu la phase.
Lesdites anodes auxiliaires 31a, 31b etc.. peuvent du reste être supplémentées, d'une manière connue en soi, par des anodes égalisatrices de charge 33, 34, qui entrent en fonction lors d'une charge réduite du convertisseur pour régler l'inversion de la charge du condensateur.
Les organes primaires pour régler la phase des impulsions de grilles des deux séquences différentes peuvent de préférence
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être commandés d'après un certain programme. Un tel programme peut être, à titre d'exemple, de tenir constante la tension de courant continu aussi bien que la tension de courant alternatif quand la charge varie. Si, à titre d'exemple, à l'occasion d'une charge augmentée, on réduit seulement l'abaissement de la tension causé par une commutation retardée, on peut certainement tenir la tension courant continu constante, mais en même temps, la tension courant alternatif varie en général dans 1' une direction ou l'autre, au fur et à mesure que la charge augmentée ou le déphasage réduit est prédominant.
D'après la présente invention, à titre d'exemple, on peut régler la phase de commutation de la séquence à commutation retardée de façon à donner une constante tension courant continu, en faisant son déphaseur directement dépendant de la différence entre une tension normale et la tension courant continu actuelle, et de régler en même temps la phase de commutation de la séquence à coinmutation avancée de façon à donner une constante tension courant alternatif d'après le même principe.
Tandis que dans les figures 2 et 3, une des séquences d' anodes est commutée d'avance et l'autre en retard, les figures 6 et 7 représentent deux exemples d'une commutation d'avance des deux séquences. Dans ces diagrammes, chaque commutation est donc forcée, mais les surtensions qui peuvent être nécessaires pour ce but ne sont pas représentées, ainsi que dans la figure 3. Les deux figures 6 et 7 se réfèrent au cas extrême où la tension courant continu est réduite à zéro, c'est-à-dire que le convertisseur fonctionne simplement comme un compensateur de phase.
La différence entre les deux figures est que, tandis qu' en la figure 6, les anodes reliées à des enroulements de la mê- me phase ( par exemple la lb ) débitent pendant 90 dans chaque tiers d'une période et des anodes reliées à des enroulements de différente phase pendant 30 , les conditions dans la figure 7
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sont les opposées. Le premier arrangement cause une plus petite charge du transformateur de succion que le dernier, comme il est évident de la courbe trait-point qui représente cette charge.
D'autre part, la figure 7 donne une plus petite charge du réacteur de lissage dans le circuit courant continu que la figure 6.
Comme il a été déjà dit, chaque commutation est forcée dans une opération d'après la figure 6 ainsi que d'après la figure 7. Le cours de la tension au condensateur de commutation est cependant d'une nature essentiellement différente dans la commutation qui mène au débit simultané d'anodes de phase égale que dans la commutation qui mène à des anodes de phase diffé- rente. Dans ce dernier cas, le cours devient essentiellement le même que dans la figure 2, c'est-à-dire aucune surtension sur l'anode de transition n'est nécessaire pour entamer la oommutation, vu que l'anode de transition a déjà le potentiel nécessaire pour absorber le courant entier.
Une surtension est cependant nécessaire d'abord pour créer l'énergie de commutation, c'est-à-dire pour surmonter à la réactance entre l'anode relevée et l'anode de transition, laquelle est cependant dans ce cas, où ces deux anodes sont de la même phase, assez petite, et puis en regard du temps de déionisation, c'est-à-dire qu'un temps suffisant de déionisation de la course de valve débitant tout à l'heure puisse passer après la commutation terminée, avant que la courbe de tension de l'anode de transition, s'abaissant par la décharge du condensateur, ne coupe de nouveau la courbe de l'anode relevée. D'autre part, pour achever la seconde partie de la commutation, il faut que le potentiel est abaissé essentiellement au-dessous de la valeur précédente.
Ceci rend possible un renversement de la charge du condensateur et une charge dans le sens opposé à une valeur numérique essentiellement égale à la valeur précédente sans des mesures extra-
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ordinaires, c'est-à-dire que l'anode relevante peut être débloquée d'avance de façon à s'allumer dès que les conditions de tension le permettent.
Quand, d'autre part, le débit simultané de deux anodes de la même phase doit succéder au débit simultané de deux anodes de différente phase par une commutation forcée, par exemple par la commutation de 5a lb à la lb de la figure 6 ou 7, quand l'anode llb sert d'anode de transition, cette anode a besoin, même abstraction faite du temps de déionisation, d'une surtension correspondant à la différence de tension entre la courbe 5a, lb et la courbe la lb. D'autre part, l'anode de transition peut ensuite remettre la moitié de son courant à lla sans plus d'abaissement de tension que celui qui correspond à l'énergie de commutation dépendant de la réactance.
Ceci n'implique aucun renversement essentiel de la charge du condensateur, dont la charge peut donc être insuffisant pour la prochaine commutation, qui se fait certainement d'anodes de phase égale à des anodes de phase différente et qui n'exige donc aucune surtension additionnelle, mais pourtant une tension assez haute pour que le temps de déionisation soit suffisant. Pour créer la charge renversée nécessaire pour ce but, il peut être nécessaire de pousser la commutation précédente plus loin, c'est-à-dire de ne pas débloquer l'anode relevante qu'après que le condensateur se soit chargé de nouveau plus qu'il ntest nécessaire pour la commuta tion actuelle.
D'autre part, il est relativement favorable que de deux commutations successives, l'une se fait d'anodes de phase différente à des anodes de phase égale et l'autre dans le sens opposé, puisqu'avec deux commutations forcées successives du même type, il serait encore plus difficile de délivrer le condensateur à la tension appropriée.
Si on suppose que le diagramme de la figure 6 ou 7 repré-
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sente les tensions d'un des groupes triphasés, par exemple du groupe gauche, dans un montage des anodes et des transformateurs de succion d'après la figure 1, les commutations dans le groupe droit ont lieu, si le montage est symétrique, dans le long intervalle de 90 entre deux commutations successives dans le groupe gauche. Vu que chaque groupe triphasé est donc commuté deux fois en suite, en contraste au mode d'opération d'après la figure 2 ou 3, où le groupe gauche et le groupe droit sont commutés en alternance, il est nécessaire, pour un mode d'opération d'après la figure 6 ou 7, de monter les connexions entre le condensateur 30 et les transformateurs 21,22 d'après la figure 5.
Chacun des transformateurs a ici quatre enroulements primaires, chacun relié par une borne à une anode de transition et par 1' autre à une borne du condensateur 30. Ces enroulements sont dirigés de façon qu'on puisse, pour chaque polarité du condensateur, toujours obtenir chaque polarité désirée du transformateur.
Avec le montage de la figure 1, au contraire, on peut seulement utiliser le transformateur 'gauche à la polarité représentée du condensateur et le transformateur droit à la polarité opposée.
Les anodes de transition 31, 32 respeotivement, qui sont reliées à la même borne du condensateur 30 dans la figure 5, sont montées dans une cuve commune.
Un avantage général du montage d'après la présente invention est que la moitié seulement du courant d'une phase est commutée à la fois, d'où il résulte que chaque commutation se fait avec la moitié de l'énergie de réactance environ par rapport à celle d'un convertisseur de type normal. Un autre avantage est qu'on peut obtenir, avec un transformateur hexaphasé, à peu près le même caractère du courant continu qu'avec un transformateur dodéoaphasé dans le montage ordinaire.
Encore un avantage général est celui déjà brièvement mentionné, que l'énergie de commutation devient très petite, quand l'anode de transition
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absorbe le courant d'une anode de phase égale, comme il est toujours le cas dans la figure 2, ou quand elle remet, dans la seconde partie de la commutation, la moitié du courant à une anode de phase égale, comme dans la seconde des commutations représentées dans la figure 6 ou 7, puisque dans ces deux cas la réactance est petite entre les anodes entre lesquelles la commutation a lieu.
REVENDICATIONS.
1. ) Convertisseur statique de courant, dans lequel les valves fonctionnent dans deux séquences uniformes en respect à la phase de commuation, et entre lesquelles se trouve toujours un transformateur de succion, à travers lequel les anodes appartenant aux différentes séquences opèrent en parallèle, chaque valve individuelle alternant entre lesdites séquences dans un certain rythme, ledit oonvertisseur étant caractérisé en ce que les phases de commutation des deux séquences ont des commandes indépendantes, l'une au moins étant commandée de fa- çon que la commutation a lieu avant l'instant naturel.