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SELF-INDUCTANCES A PREMAGNETISATION ET CIRCUITS LES UTILISANT.
La présente invention concerne des self-inductances à prémagnétisation et des circuits les utilisant et plus particulièrement des self-inductances a prémagnétisation disposées pour être employées dans des systèmes de réglage de tension de groupes redresseurs.
Il est connu que dans les self-inductances à prémagnétisa.- tion présentant un enroulement inséré dans le circuit alternatif qu' on désire contrôler et un enroulement dit de saturation alimente par une source quelconque à courant continu, on cherche à éviter l'effet de désaturation qui se manifeste quand le courant alternatif en parcourant le ou les enroulements alternatifs développe, pendant une demi-période, des ampère-tours qui sont en opposition avec les ampère-tours de l'enroulement de saturation.
Il est connu d'autre part
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qu'au lieu d'envoyer dans le pu les enroulements alternatifs un cou- rant purement alternatif, sinusoïdal ou non, mais de valeur moyenne nulle (c'est-à-dire un courant dont la courbe représentative pré- sente deux demi-ondes symétriques par rapport à l'axe des temps) on peut envoyer un courant pulsatoire, déduit'du premier par suppression de l'une des deux demi-ondes négatives, et dont la valeur moyenne n' est pas nulle.
Dans ces conditions, il est alors possible de prévoir une disposition des enroulements alternatifs et des enroulements de saturation telle que les ampère-tours développés par ,les courants pulsatoires d'une part et les ampère-tours développés par les en- roulements de saturation d'autre part soient de même'sens, de telle sorte qu'on évite, ainsi l'effet de désaturation de l'alternance né- gative, si l'on convient de désigner par alternance négative celle pour laquelle le sens des ampère-tours dans un enroulement alternatif serait en opposition avec celui des ampère-tours continus de l'en- roulement de saturation.
La présente invention a pour un de ses objetsun perfec- tionnement des self-inductances. de prémagnétisation utilisant l'ef- fet de la saturation sur un courant pulsatoire et s'applique plus particulièrement au cas où ces self-inductances sont utilisées au réglage de la tension de groupes redresseurs, c'est-à-dire dans le cas où la tension développée aux bornes du ou les enroulements al- ternatifs pa,rcourus par le ou les courants pulsatoires est suffisam- ment faible vis à vis de la tension alternative appliquée sur le groupe redresseur lui-même pour qu'on puisse considérer que le cou- rant alternatif absorbé par le groupe redresseur n'est pas très sen- siblement déformé du fait de l'insertion de la self-inductance à prémagnétisation dans le oircuit alternatif.
La présente invention prévoit en conséquence des moyens @ pour développer dans les enroulements alternatifs.d'un système de self-inductances à prémagnétisation des. ampère-tours, rendus pulsa- toires par blocage d'une demi-onde et développant un champ dirigé toujours dans le même sens que le champ développé par l'enroulement de prémagnétisation.
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Suivant un premier aspect de l'invention, deux enroulements en série non disposés pour agir respectivement sur un circuit magnétique distinct, chacun de ces enroulements étant shunté par un élément à conductibilité unidirectionnelle, le sens de blocage de ces éléments étant tel que, pour un certain sens de la tension appliques aux bornes de l'ensemble des deux enroulements, l'un d'eux soit , peu près court-circuité par l'élément à conductibilité unidirectionnelle qui le shunte tandis que, pour l'autre sens de cette tension, ce soit l'autre enroulement qui soit à peu près court-circuite par l'élément à conductibilité unidirectionnelle correspondant.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, les deux circuits magnétiques sont disposés de manière à être soumis chacun à l'effet de saturation de l'enroulement de prémagnétisation parcouru par du courant continu, le sens du champ de l'enroulement de prémagnétisation bobiné sur l'un des circuits étant le même que celui du champ pulsatoire développé par les ampère-tours pulsatoires de l'enroulement correspondant d.u même circuit magnétique.
Suivant une autre caractéristique de l'invention encore, le ou les enroulements de premagnétisation peuvent être connectés entre eux, ou disposes sur les circuits magnétiques de telle façon que le flux résultant qui agit sur eux soit tel qu'il ne puisse développer dans le circuit alimen- tant les enroulements de prémagnétisation une tension induite de même fréquence que celle de la tension alternative développée aux ,)ornes de l'ensemble dre autres enroulements.
Suivant un a.utre aspect de l'invention, le blocage d'une demi-onde dans l'ensemble des enroulements alternatifs d'un système de self-inductances à prémagnétisation contrôlant la tension d'un redresseur alimenté suivant un montage dit "en pont" connu est réalisé par les éléments rectifiants de ce redresseur lui-même agissant comme éléments à conductibilité unidirectionnelle. Dans cet aspect de l'invention, de préférence, le redresseur contrôle consiste en un ensemble d'éléments de redresseurs secs ou à contact métallique.
Ce dispositif est 'connu dans le cas où les self-inductances destinées au réglage de la tension sont insérées entre l'enroulement
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secondaire du transformateur d'alimentation et le système rectifiant du groupe redresseur lorsque ce dernier utilise l'alimentation etoilée avec point neutre constituant l'un des pôles du. circuit côté redressé. D'après la présente invention des moyens sont prévus pour un tel dispositif au cas de l'alimentation dite "en pont" couramment employés dan's le cas de redresseurs secs.
Dans le cas de l'alimentation étoilée, en effet, chacune des phases secondaires est parcourue par un courant pulsatoire unidirectionnel. Il suffit donc d'insérer des self-inductances en série avec chaque enroulement secondaire pour qu,e l'enroulement de ces dernières soit parcouru par un courant rendu pulsatoirè par blocage d'une demi-onde. Dans le cas de montage en pont au -contraire, les enroulements secondaires sont parcourus par un courant non sinusoïdal mais alternatif et présentant deux demi-ondes symétriques.
Suivant une caractéristique de l'invention, une self-inductance à prémagnétisation est insérée en série dans chacune des branches du pont constituant le système rectifiant proprement dit.Chaque branche du pont contenant des éléments à conductibilité unidirectionnelle, il en résulte que chacune des self-inductances. sera obligatoirement. parcourue par du courant rendu pulsatoiré par blocage d'une demi-onde.
D'autre part, suivant une autre caractéristique de l'inven tion, les ,enroulements de prémagnétisation de ces self-inductances sont bobinés dans un sens tel et connectés entre eux de telle manière que d'une part, ils développent toujours dans les di.fférents circuits magnétiques un champ de même sens que le champ pulsatoire développé par les enroulements insérés dans les branches du pont constituant le système rectifiant et que,d'autre part, ils sont connectés entre eux de telle manière qu'aucune force électro-motrice induite de même fréquence que celle du réseau alternatif ne puisse être développée dans le circuit alimentant ces enroulements de prémagnétisation.
L'invention sera exposée en détail dans la description suivante basée sur les dessins annexés, donnant certains exemples non limitatifs de réalisation de systèmes à self-inductances à premagnétisation. Dans ces dessins :
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La figure 1 représente un graphique donnant la théorie simplifiée du fonctionnement d'un système de self-inductances à prémagnétisation dans lequel les enroulements insérés dans le circuit alternatif développent des ampère-tours pulsatoires ;
la. figure 2 représente schématiquement un système de selfinductances dont les enroulements respectifs sont shuntés par des éléments à conductibilité unidirectionnelle et dont les enroulements de prémagnétisation sont bobinés de manière à développer dans chaque circuit magnétique un champ de même sens que le champ pulsatoire développé par les autres enroulements et connectés entre eux en serie de manière à s'opposer à l'apparition dans le circuit de préma.gnéti- sation d'une tension induite de même fréquence que la tension alterna. tive appliquée ; La figure 3 représente schématiquement un dispositif ana- logue à celui de la figure 2, mais da.ns lequel les enroulements de prémagnétisation sont connectés en parallèle au lieu d'être connectés en série ;
la. figure 4 représente schématiquement un dispositif analogue aux dispositifsdes figures 2 et 3, mais dans lequel l'enroulement unique de prémagnétisation est bobiné sur l'ensemble des deux circuits magnétiques de telle manière que les conditions réalisées par l'ensemble des enroulements de prémagnétisation des figures;::; et 3 soit toujours satisfaites ;
La figure 5 représente schématiquement un exemple connu d'un système de self-inductances parcouru par du courant pulsatoire permettant de r égler la, tension d'un système redresseur à alimentation en étoile ;
et,
La figure 6 représente schématiquement un système suivant l'invention, dans lequel les éléments rectifiants sont montés en pont, les self'-inductances deréglagede la tension de groupe redresseur étant insérées respectivement dans chacune des branches du pont constitue par le système rectifiant, et les enroulements de prémagnétisation étant bobinés dans un sens tel qu'ils développent un champ de même sens que le champ pulsatoire développé par les autres enroulements
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et connectés entre eux de telle sorte qu'aucune force électro-motrice induite ne puisse prendre naissance dans le circuit de saturation.
La figure 1, qui représente en BOADMC la courbe de magné- tisation des tôles utilisées dans les self-inductances à prémagné- tisation, c'est-à-dire la courbe de l'induction en ordonnées en fonc- tion des ampère-tours en abscisses, permet de mieux se rendre compte de l'intérêt de substituer, dans 1µenroulement alternatif d'une self- inductance à prémagnétisation, un courant pulsatoire .de valeur moyen- ne non-nulle à un courant alternatif de valeur moyenne nulle.
En supposant d'abord que l'enroulement alternatif soit par- couru par un courant alternatif pur de valeur moyenne nulle et de valeur maximum telle que les ampère-tours correspondants aient Oa pour valeur maximum, les ampère-atours, alternatifs varieront entre les valeurs extrêmes Oa et Ob et l'induction variera en correspon- dance entre aA etbB, Si on néglige l'hystérésis, le point figuratif oscille sur la courbe de magnétisme entre les positions extrêmes A et B autour de la position moyenne 0. La tension développée sera pro- portionnelle à la variation totale d'induction donc proportionnelle au vecteur BB'.
En supposant maintenant qu'au lieu d'être parcouru par un courant alternatif pur, l'ensemble des enroulements alternatifs est parcouru par un courant pulsatoire tel que les ampère-tours pulsa- toires correspondants varient à chaque demi-période entre 0 et Oa, à chaque demi-période l'induction varie entre 0 et aA.
Il sedéve- loppe donc à chaque demi-période, aux bornes de l'enroulement alter- natif, une tension proportionnelle à aA. Hais comme à chaque demi période, ainsi qu'on le verra ci-dessous, par l'effet de commutation des éléments redresseurs qui permettent de tra.nsformer les ampère- tours alternatifs en ampère-tours pulsatoires, cette tension déve- loppée aux bornes de l'enroulement alternatif s'inversé, s'il s'en suit que la.
tension totale développée pendant une période est pro- portionnelle à AA', A' étant le point d'intersection de la courbe symétrique à la courbe OAMC par rapport à l'axe OX et de la verticale Aa. AA' étant égal à BB', on,voit que, dans les deux, cas, courant
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alternatif pur ou courant pulsatoire, la tension développée aux bornes de la self-inductance est la même.
En supposant maintenant qu'on superpose aux mêmes ampèretours alternatifs ou aux mêmes ampère-tours pulsatoires des ampèretours de prémagnétisation dont la va.leur est Cm,dans le cas où les enroulements sont parcourus par du courant alternatif pur, les ampère-tours résultants vont osciller entre la valeur maximum Oc et la valeur minimum Od, les vecteurs mc et md étant respectivement égaux aux vecteurs Oa et Ob. Le point figuratif oscille alors sur la courbe de magnétisme entre les positi.ons extrêmes C et D, autour de la position moyenne il. La variation totale de l'induction pendant la durée d'une période est égale à DD' et la tension développée proportionnelle à ce vecteur.
Dans le cas où un courant pulsatoire circule dans les enroulements, les ampère-tours résultants oscillent entre la valeur maximum Oc et la valeur minimum Om, c'est-à-dire qu'ils ne sontjamaisinférieurs à la valeur des ampère-tours de prémagnétisation. Le point figuratif de fonctionnement oscille entre les points C et M pendant une demi-période. La variation d'induction est égale à Ce et la tension développée proportionnelle à ce vecteur.
Tendant l'autre demi-période, il se développe une tension égale,mais s'exerçant en tens inverse du fait de la. commutation réalisée par les éléments redresseurs transformant le courant alternatif en courant pulsatoire. La tension développée pendant cette demi-période est égale à cC', C' étant le point d'intersection de la courbe symétrique par rapport à l'axe MX' à la courbe de magnétisation et passant par le point M, avec la verticale Cc. Finalement, dans le cas d'un courant pulsatoire, la tension développée sera proportionnelle au vecteur CC' .
On voit que la tension développée aux bornes des enroule- ments alternatifs dans le cas du montage ordinaire avec courant alterna,tif pur entre la valeur BB' et la valeur DD', tandis que dans le cas du montage envisagé dans l'invention avec courant pulsatoire, la tension varie de AA' à CC'. Comme AA' est égal à BB' mais que CC'
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est bien plus petit que DD', du fait de la courbure de'la courbe de magnétisation, on obtient ainsi une variation plus grande dans le second cas que dans le premier pour une mêmevaleur des ampère-tours de prémagnétisation. Autrement dit, le système est plus sensible à l'effet de la saturation avec un courant pulsatoire qu'avec un cou- rant alternatif pur de valeur moyenne nulle.
La figure 3 représente un premier exemple de dispositif incorporant des caractéristiques de l'invention. Dans cette figure, deux self-inductances sont représentées en 1 et 2. Chacune de ces self-inductances 1 et 2 représente un circuit magnétique distinct dont les enroulements sont shuntés respectivement par les éléments restifiants 3 et 4. Les ampère-tours de prémagnétisation sont déve- loppés par les enroulements 5 et 6. Les flèches en trait pointillé 7 indiquent le sens des champs pulsatoires et les flèches en trait plein 8 indiquent les sens des champs de prémagnétisation dans cha- cune des self-inductances 1 et 2.
On voit que, pour une alternance de la tension appliquée entre lespoints 9 et 10, de 9 vers 10, la presque totalité du courant passera par l'élément 3 et la self-in- ductance 1 tandis que pour l'autre alternance, de 10 vers 9, la pres- que totalité du courant passera par l'élément 4 et la self-inductance 2. Les self-inductances 1 et 2 seront donc parcourues par un courant pulsatoire dans le sens indiqué par les flèches 7. Les enroulements 5 et 6 développeront un champ continu respectivement de même sens dans chacune des self-inductances 1 et,3 que le champ pulsatoire.
D'autre part, comme tout se passe pour l'ensemble des enroulements 5 et 6 comme s'il était soumis à l'influence d'un flux rendu pul- satoire par inversion d'une demi-onde, il ne se développera pas dans le circuit de prémagnétisation de tension de même fréquence que la tension alternative appliquée aux bornes 9 et 10 mais seulement des harmoniques pairs de cette tension.
Sur la figure 3 où les marnes éléments sont désignés par les mêmes références numériques, ainsi d'ailleurs que dans les fi- gures suivantes, les enroulements 5 et 6 sont en parallèle au lieu
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d'être en série. Le système présente les mêmes propriétés que celui schématisé sur la figure 2. Dans chacun des bobinages 5 et 6, il passe bien un courant alternatif de même fréquence que celle de la tension appliquée en 9 et 10 mais ce courant est un courant de circulation qui ne passe pas par la source alimentant le circuit de prémagnétisation.
Sur la figure 4, sont schématiquement indiqués les bobinages et les circuits magnétiques des self-inductances 1 et 2. L' enroulement de prémagnétisation unique 11 entoure simuLtanément les circuits magnétiques respectifs des inductances 1 et 2. On peut ainsi réaliser un circuit magnétique double à trois noyaux 12, 13 et 14, avec un entrefer médian 15 comportant seulement trois bobinages et satisfaisant aux mêmes conditions que les systèmes schématiquement montrés sur les figures2 et 3. Avec ce montage, il ne se développera, dans l'enroulement 11 aucune tension de même fréquence que la tension alternative appliquée aux bornes 9 et 10, mais seulement des harmoniques pairs de cette tension.
Sur la figure 5 est représenté un schéma, connu pour un redresseur à vapeur de mercure 16 alimenté en courant monophasé à partir d'un réseau de distribution d'énergie 17 à travers un transformateur d'entrée 18. Le secondaire 19 du transformateur 18 est pourvu d'une prise médiane 20 ce qui peut être considéré comme réalisant une alimentation étoilée dans le cas particulier montré d'un réseau monophasé. Les espaces 21-22 et 21-23 du redresseur, 21 désignant la cathode liquide et 22 et 23 les deux anodes sont respectivement mis en série avec des self-inductances 24 et 25 et jouent un rôle analogue à celui des éléments à conductibilité directionnelle 3 et 4 des figures 2 à 4.
Le circuit de prémagnétisation comprend les enroulements 26 et 27 qui sont directement connectés en série aux bornes du circuit d'alimentation du côté redressé, à travers une résistance de réglage du courant 28 et une inductance 29 respectivement.
Un tel système ne peut être directement appliqué aux montages dits "en pont" de redresseurs du type sec où à contact métallique par le fait que dans les enroulements secondaires d'un montage
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en pont, il passe un courant alternatif non sinusoi'dal mais non pulsatoire. En conséquence, l'invention prévoit des moyens pour as- surer dans les montages dits en pont de redresseurs secs, des avan- tages analogues à ceux obtenus avec les systèmes des figures 2 à 4.
Un exemple d'un tel système suivant l'invention est représenté sur la figure 6 dans le cas d'une alimentation alternative triphasée.
Sur cette figure 6, six éléments redresseurs.30 à 35 sont montés en pont triphasé et alimentés en courant alternatif par l' intermédiaire d'un transformateur triphasé 36. Les self-inductances 37 à 42 sont respectivement insérées en série avec les éléments rec- @ tifiants correspondants 30 à 35. D'autre part, les enroulements 43,44 et 45 représentent schématiquement des ensembles d'enroulements de prémagnétisation qui présentent vis à vis des self-inductances 37 à 42 les mêmes caractéristiques que les enroulements 5 et 6 des figures 2 et 3, et 11 de la figure 4, par rapport aux self-inductances 1 et 2 En conséquence, il ne se développera dans les enroulements 43, 44 et 45 aucune tension de même fréquence que la tension alternative four- nie par le transformateur 36.
D'autre part, les enroulements 43,44 et 45 étant connectés en triangle ouvert, il ne pourra pas se déve- lopper non plus dans le circuit de prémagnétisation des harmoniques pa.irs de la tension alternative, par suite du fait que les harmoni- ques pairs qui entrent dans la composition de courants pulsatoires dérivés de courante alternatifs triphasés sont eux-mêmes triphasés et ont une résultante nulle.
le premier aspect de l'invention, qui nécessite l'emploi en plus des self-inductances proprement dites, d'éléments addition- nels constitués par les éléments à conductibilité unidirectionnelle comme montré sur les figures 2,3 et 4 est surtout apte à être em- ployé dans des dispositifsqui ne sont traversés que 'par une quan- tité relativement faible d'énergie active ou réactive, comme c'est le cas, par exemple, pour les amplificateurs magnétiques. Dans un tel dispositif en effet, on recherche surtout une grande sensibi- litéet un coefficient d'amplification élevé plutôt qu'une utilisa-
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tion économique et rationnelle de la manière.
Ce genre de dispositif se combine d'ailleurs en général avec l'emploi de tôles à haute perméabilité dont la. courbe de magnétisme présente un coude très brusque. Il ne serait évidemment pas rationnel d'employer de telles tôles pour la construction de self-inductances à saturation developpant un nombre important de volt-ampères.
Au contraire, le second aspect de l'invention est plus particulièrement destiné à la régulation de groupes redresseurs d' une puissance importante. Il s'applique notamment à la regulation anti-compound, c'est-à-dire à l'obtention d'une variation de débit minimum pour une variation donnée de la tension aux bornes. Un tel dispositif, dont un exemple est montré sur la figure 8, n'a en effet pas besoin de présenter une sensibilité aussi grande que celle des amplificateurs magnétiques car l'on peut disposer' d'une quantité d'énergie assez gra.nde pour alimenter l'enroulement de prémagnétisa- tion. D'autre part, les self-inductances de régulation sont trop importantes pour qu'on puisse songer à utiliser pour leur construction des tôles spéciales à haute perméabilité.
Dans les deux cas, il est clair que les dispositifs repre- sentés et décrits n'ont été donnés qu'à titre d'exemple et que l' invention est susceptible de nombreuses modifications et adaptations sans sortir de son domaine.