<Desc/Clms Page number 1>
" Commande pour convertisseur à contacts ".
L'invention se rapporte au perfectionnement de convertis- seurs à contacts, otest-à-dire d'appareillages électriques de coupure dans lesquels à l'aide de contacts actionnés mécanique- ment et qui s'ouvrent et se ferment périodiquement, un oourant électrique alternatif est converti en courant continu ou inver- sèment, ou bien est converti en un courant alternatif d'autre fréquence. pour éviter les étincelles de rupture, on couple en série
<Desc/Clms Page number 2>
avec les contacts une ou plusieurs bobines de réactance avec noyau magnétique fortement saturé pour le courant nominal et dont la dêsaturation provoque au voisinage de la valeur zéro du courant une pause, soit sans courant, soit à courant réduit.
Les contacts sont commandés synchroniquement par rapport à la phase du courant à couper de telle sorte qu'ils commencent à s'ouvrir à chaque coupure pendant la pause à courant réduit.
Il est absolument nécessaire d'avoir soin que les instants de coupure soient sûrement à l'intérieur de l'intervalle de temps à courant réduit et que après l'instant de la coupure la courbe de courant possède encore une certaine marge à l'intérieur de la pause à courant réduit.
Pour maintenir un courant sans lacune, il est nécessaire de coupler à chaque manoeuvre la nouvelle phase avant que la précédente soit coupée, c'est-à-dire qu'un recouvrement dans le temps de deux états de fermeture consécutifs est nécessaire.
A une durée déterminée de recouvrement pour une courbe de ten- sion donnée et pour une position du temps de recouvrement fixée relativement à cette durée est liée une valeur déterminée de l'intégrale de la tension composée pendant la durée de recouvre- ment.
Jusqu'à présent, il était usuel de rendre la durée de la pause à courant réduit, au moyen d'un calcul correspondant de la bobine de réactance, assez longue pour que, à l'intérieur de l'intervalle des intensités de service venant en totalité en question pour le convertisseur à contact, déjà seulement par la longueur de la pause à courant réduit dans toutes les cir- constances de service qui peuvent survenir, on ait la garantie d'avoir la position voulue de l'instant de coupure dans sa ré- gion correcte, sans que pour cela il soit nécessaire de dépla- cer la phase de l'instant de la coupure en influençant en fonc- tion du courant la durée du reoouvrement.
<Desc/Clms Page number 3>
En cela, il était toutefois nécessaire que l'intégrale de tension mentionnée soit maintenue artificiellement à une valeur constante dans le cas de changement,par ailleurs des circonstances de l'exploitation. Un changement de l'état dtex- ploitation qui peut influer sur l'intégrale de la tension est provoqué par exemple par le réglage arbitraire de la tension continue du oonvertisseur au moyen d'un réglage partiel, lequel s'opère par déplacement de la phase des points d'enclenchement et de déclenchement par rapport à la phase de la tension.
De plus, des conditions variables d'exploitation de ce genre se produisent par variations de la grandeur de la tension alterna- tive amenée aux contacts, ces variations peuvent aussi bien être provoquées volontairement à l'effet de régler la tension au moyen de transformations de réglage, ou bien naitre sans être voulues par variation de la tension du réseau à courant alternatif. Ces variations peuvent provoquer un déplacement inadmissible des limites de la pause à courant réduit par rap- port aux instants des manoeuvres. Par suite, pour exercer une influence sur la durée des contacts et sur la durée du recouvre- ment, des mesures particulières sont nécessaires afin de main- tenir constante l'intégrale des tensions et ainsi de garantir sûrement qutaucune ouverture de contact ne se produise en de- hors de la région de la pause à courant réduit.
On stest déjà efforcé de trouver par des moyens mécaniques des solutions de ces problèmes pour les convertisseurs à con- tacts avec contacts à levée dont la mise en action périodique se fait au moyen d'un moteur de commande, par l'intermédiaire d'une transmission à excentrique agissant sur une bielle. On a notamment introduit dans la transmission des cames de commande à ltaide desquelles la course des contacts, et par suite la du- rée d'enclenchement de ceux-ci, peuvent être modifiées en dépen- dance forcée par rapport aux organes réglables à volonté du
<Desc/Clms Page number 4>
convertisseur à contacts. Alors chaque contact se trouvait sous l'action de plusieurs commandes.
Une d'entre elles ser- vait à régler le temps de recouvrement en fonction du réglage, de telle sorte que la coupure se fasse toujours dans ltinter- valle de temps à courant réduit. La variation du réglage lui- même, c'est-à-dire le déplacement simultané et égal de la phase des points d'enclenchement et de déclenchement pour le maintien d'une tension déterminée de départ se faisant par rotation du stator à montage rotatif du moteur de commande synchrone. Une deuxième came servait à modifier la durée do recouvrement en dépendance de la grandeur du courant alternatif. Une troisième came était utilisée dans les montages en pont dans lesquels n'existe qu'une bobine de réactanoe pour chaque groupe de dis- positifs de coupure travaillant en opposition ( voir figures 2, 3 et 4 ).
Dans un montage en pont de ce genre chaque bobine de réactance est traversée au cours de chaque période de la ten- sion alternative par le courant deux fois dans des sens opposés.
Or, comme dans le courant triphasé, la durée de contact sans recouvrement s'étend chaque fois à 120 , il n'existe pour le renversement du courant et la désaimantation de la bobine de réactance qu'un angle de 180 - 120 = 60 ( conditions des 60 }. La commutation du courant et la désaimantation des bo- bines de réactance dure d'autant plus longtemps que la tension de commutation du courant est plus faible. Par suite, il existe pour la degré de réglage une limite supérieure où la tension de commutation devient si faible que la désaimantation de la bobine de réactance ne peut plus être terminée en temps voulu.
Afin que cette limite ne soit pas franchie on doit adjoindre à l'équipement régulier pour le degré de réglage une butée de fin de course. Si de plus, se modifie la valeur effective du courant alternatif, la limite supérieure pour le degré de ré- glage se déplace également. En conséquence, avec l'aide de la
<Desc/Clms Page number 5>
troisième came le déplacement de la butée mentionnée est oom- mandé en accord avec le réglage de la tension alternative d'a- menée.
Cette solution mécanique seule prise en considération jusqutà présent était néanmoins relativement gênante. En par- ticulier, pour chaque équipement, les cames différentes entre elles devaient être calculées et exécutées isolément suivant les conditions d'exploitation à prévoir pour l'équipement. De plus, les modifications des conditions de service qui n'étaient pas provoquées au moyen d'organes déplaçables à volonté ( oscil- lations du réseau ou analogues ) ne pouvaient pas, par ce moyen, être prises en considération.
Par contre, on peut, selon l'invention, obtenir une sim- plifioation essentielle et une amélioration du mode de travail avec un dispositif électrique de mesure et de manoeuvre enclen- ohé en permanence, et qui mesure l'intégrale de temps qui se modifie avec les conditions ohangeantes du service pendant un intervalle de temps à surveiller dans chaque période, et en fonction de ce fait influence de plus l'instant du temps d'en- clenchement, On peut ainsi, par exemple mesurer l'intégrale de la tension composée pendant le temps de recouvrement de deux contacts, et au moyen du dispositif de mesure faire tourner ou déplacer automatiquement, directement ou indirectement, une came, ou un arbre, ou organe analogue influençant le temps de recouvrement,
de telle sorte que l'intégrale de tension de la tension composée possède une valeur déterminée et constante pendant la durée de recouvrement de deux contacts. On obtient ainsi davantage que pour considérer le degré de réglage de chaque cas, ainsi que la grandeur correspondante de la tension alternative, on n'a besoin que d'un dispositif de commande uni- que qui dans tous les cas peut être le même, ce qui représente une simplification essentielle.
Un autre avantage consiste en
<Desc/Clms Page number 6>
ce que, dans toutes les conditions d'exploitation concevables qui peuvent avoir pour conséquence une variation de l'intégrale de tension de la tension composée pendant la durée de recouvre- ment, sans égard à la cause de ce fait, la correction de la phase des points de coupure nécessaires pour le fonctionnement irréprochable du convertisseur à contacts se fait toujours auto- matiquement. Par exemple, l'action désavantageuse dans oertai- nes circonstances des dilatations thermiques différentes d'or- ganes de dispositifs à contacts, en particulier des barres por- tant les contacts fixes, et des bielles sont éliminées automa- tiquement sans qu'il soit besoin pour cela d'équipement de com- pensation spéciaux.
Dans ce qui suit, l'invention est expliquée à l'aide de quelques exemples d'exécution schématiques :
La figure 1 représente le schéma d'un convertisseur à oon- tacts avec six contacts à levée dont les ponts mobiles sont dé- signés par 1, 2, 3, 4, 5, 6. Aux phases S et T de la tension triphasée dérivée est relié l'enroulement primaire d'un trans- formateur W dont la tension secondaire forme ainsi une mesure de la tension composée. L'enroulement secondaire du transforma- teur se trouve en série avec l'enroulement d'un électro-aimant de réglage et au pont de contact 5 et 6 de deux contacts tra- vaillant successivement, dont les parties fixes a et b sont reliées continuellement entre elles.
Le circuit secondaire du transformateur W avec la bobine d'électro-aimant E est ainsi fermé périodiquement à chaque période pendant la durée de re- oouvrement des contacts 5 et 6 qui se ferment immédiatement l'un après l'autre. L'armature de la bobine dans l'éleotro- aimant de réglage E se trouve dans cet exemple schématique, d'une part sous l'action d'un ressort F qui est sollicité à la remettre dans sa position de repos, d'autre part sous l'action de la bobine E qui agit contrairement à la force du ressort
<Desc/Clms Page number 7>
et écarte l'armature de la position de repos.
Comme l'armature avec les pièces qui lui sont reliées possède une certaine iner- tie et ne peut pas suivre séparément les à-coups de oourant qui se succèdent rapidement dans le circuit secondaire du trans- formateur W elle se met dans une position moyenne déterminée différente de la position de repos. Cette position est une me- sure pour l'intégrale de la tension composée pendant le temps de recouvrement. Lors des écarts de l'intégrale par rapport à sa valeur de consigne, l'armature modifie sa position et action- ne un dispositif à contact K à l'aide duquel elle commande un dispositif d'entraînement du réglage ( moteur de réglage ou ana- logue ) pour aotionner la came qui modifie la durée de contact ainsi que la durée du recouvrement.
L'équipement de mesure, de réglage, ou de commande influ- encé électriquement peut être varié et construit de façons dif- férentes. Par exemple, la rapidité du réglage peut être augmen- tée en utilisant directement, c'est-à-dire sans réducteurs, l'équipement à électro-aimant pour la mise en place de la came, ou en ce que le dispositif à électro-aimant provoque direote- ment, sans l'intermédiaire d'une oame la levée des ponts de contact et par suite influenoe la durée de reoouvrement. Pour autant que la bobine de réglage ait une consommation d'une gran- deur telle que son courant ne pourrait plus être coupé par ces contacts sans destruction de matière, il est recommandable d'a- voir recours à ltinsertion d'un amplificateur.
Pour cela on utilise avantageusement par exemple un régulateur à tube élec- tronique qui multiplie jusqutà une valeur suffisante le courant, pratiquement sans inertie. On réalise une vitesse de réglage considérablement augmentée par rapport à oelle du simple moteur de réglage par l'utilisation d'un amplificateur à pression d'huile ( servo-moteur).
Une autre amélioration et avant tout une diminution de
<Desc/Clms Page number 8>
dépense pour les bobines de couplage du convertisseur à contacts peuvent être obtenues en modifiant la durée de recouvrement ainsi que le point de coupure en dépendance de l'intensité du courant continu. A cet effet, dans la disposition suivant la figure 1, il est prévu sur le côté à courant continu le relais X par lequel une résistance d'amont est couplée en série avec l'électro-aimant de réglage E, de sorte que la valeur de con- signe du régulateur, c'est-à-dire le teraps de recouvrement ain- si que la position du temps de coupure est déplacée par échelons.
Comme on le sait, avec l'intensité du courant à transformer va- rie la position en phase de l'instant pour lequel le courant de la phase qui débite atteint la valeur zéro. Mais alors se déplace également la position de la pause à courant réduit. Si de la façon décrite on ajuste à cette position la position du point de coupure, il suffit d'avoir une pause à courant réduit notablement plus courte. par suite, on peut de cette façon ré- duire considérablement la dépense pour les bobines de réactance ou augmenter considérablement pour la même prise des bobines la sécurité de service du convertisseur.
Une autre mesure encore plus efficace pour atteindre le même but consiste à ajuster le temps de recouvrement à l'inten- sité du courant non par gradins, mais dtune façon continue.
Pour cela on peut par exemple utiliser le régulateur déjà pro- posé pour le réglage du temps de recouvrement en fonction de la tension en lui adjoignant un équipage à courant. Pour pou- voir encore suivre des variations de courant rapides, il y aura lieu d'utiliser de même un régulateur à fonctionnement aussi rapide que possible, par exemple un régulateur magnétique à ac- tion directe ou un régulateur à pression d'huile. La figure 2 représente une disposition de ce genre, dans laquelle l'électro- aimant de réglage E contrôle une commande à liquide ou par trin- glage 0. Il possède toutefois en plus un deuxième enroulement
<Desc/Clms Page number 9>
M raccordé à une résistance de mesure N insérée dans le circuit à courant continu. L'enroulement oourant est alors raccordé à l'enroulement tension aveo aotion magnétique opposée.
En cas d'élévation du oourant continu de charge par exemple, il se pro- duit un affaiblissement du champ magnétique oréé par ltenroule- ment de tension, ce qui amène le régulateur à augmenter de la façon voulue le temps de recouvrement et par suite l'intégrale de tension. D'un autre côté, le régulateur règle pour un courant de charge restant constant exactement comme prxcédemment sans enroulement courant, pour des variations voulues ou involontai- res de la tension alternative sur une valeur maintenue égale de l'intégrale de tension, la seule différence est que à chaque intensité de charge est relative de façon constamment automa- tique une autre intégrale de tension de la grandeur la plus fa- vorable.
Au lieu, comme dans la figure 2 de faire agir deux bobines en connexion opposée sur une armature commune ou sur deux arma- tures fixes communes on peut obtenir l'action différentielle voulue au moyen dtun système de mesure de régulateur dtun autre genre. On peut par exemple utiliser un système à fléau de balan- ce d'après la figure 3. Cette disposition offre entre autres l'avantage que les genres de courants peuvent être différents dans les deux bobines. On peut par suite pour éviter l'emploi de la mesure de résistance dans le circuit à courant continu, alimenter la bobine oourant sur le circuit du courant alterna- tif amené aux contacts, un transformateur de courant Y étant alors avantageusement intercalé.
L'utilisation de ce courant alternatif peut toutefois se faire également avec un équipement dtaprès la figure 2, si le courant alternatif est redressé, par exemple par un redresseur sec avant d'être amené à la bobine courant.
Toutes les mesures décrites jusqu'à présent pour influen-
<Desc/Clms Page number 10>
EMI10.1
cor les t61.lPS d# rwaouvreiicnt ne dispensent pas d'observer la condition des 30 dans les convertisseurs triphasés à couplage en pont avc trois réactances. Le déplacement de la butée de fin de course pour la limitation du degré de réglage avec la troisième came déjà mentionnée permettent un ajustement auto- matique de la limitation de réglage seulement aux modifications arbitrairement amenées de la tension alternative. Un ajustement plus général aussi bien aux variations voulues de la tension alternative qu'à celles qui sont imposées par les variations du réseau est possible si l'on prévoit la limitation du réglage au moyen d'un deuxième régulateur automatique.
Un exemple dtexé- cution de ce genre est représenté sur la figure 4. Le système magnétique du deuxième régulateur est désigne ici par F . Ce régulateur actionne de l'une des façons mentionnées ci-dessus un dispositif pour le déplacement de la butée de fin de course. par la bobine du régulateur, il faut mesurer une intégrale de tension étendue à 60 qui commence à l'instant de fermeture du contact relatif à la tension alternative mesurée. Par exemple sur la figure 4 le circuit alimentant cette bobine de réglage est raccordé par un transformateur W. aux phases R et S du transformateur. La fermeture du courant à mesurer se fait par suite par le contact correspondant 2.
La coupure du courant à mesurer après 60 se fait en court-circuitant la bobine de ré- glage à l'aide d'un contact 4 se fermant contre le contact 2 avec un retard de 60 . Pour la séparation des potentiels, l'in- sertion d'un transformateur d'isolement W2 est alors nécessaire car les contacts 2 et 4 sont raccordés à des p8les différents de la tension continue. Pour atteindre la position de phase correcte du courant à mesurer ainsi que pour limiter le courant de court-circuit, il est encore nécessaire d'insérer une résis- tance d'amont V.
En renonçant aux transformateurs W W3 on peut également obtenir le même effet si au lieu des contacts princi-
<Desc/Clms Page number 11>
paux 2 et 4 on utilise deux contaots auxiliaires ouvrant avec la même phase, otest-à-dire synchroniquement; on peut d'ail- leurs dans ce cas, au lieu de court-airauiter la bobine de ré- glage par un contact de court-circuit choisir pour terminer la durée de la mesure un contact d'avertisseur.