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" Montage convertisseur Il
On connaît un montage convertisseur pour l'échange d'éner- gie entre un système à courant continu et un système à courant triphasé d'une fréquence donnée dont les oanalisations de phase étoilées se ramifient chacune en deux équipements de contact commandés en synchronisme, travaillant en opposition et racoor.- dés aux pôles différents du système à courant oontinu et pré- sentant chacun dans la partie commune de la canalisation une bobine de saturation aplatissant la courbe de courant avant la bifurcation. Des dispositions correspondantes peuvent également
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être utilisées pour des systèmes à courant alternatif avec un nombre do phases m supérieur.
Afin de pouvoir obtenir un courant continu oonstant et un courant alternatif le plus possible sinus- oidal, les équipements de contact sont construits et établie de telle sorte que les temps de fermeture des phases successives se recouvrent. Pour la transformation d'une puissance fixée à l'avance il ne suffit pas de dimensionner les différentes parties du montage pour le courant nominal et pour la tension nominale avec les marges de sécurité nécessaires.
Comme notamment on ne dispose que d'un intervalle de temps limité entre le commence- ment de la commutation d'une phase et la nouvelle fermeture de la même phase en sens opposé il peut arriver, que malgré un di- mensionnement suffisant des différentes parties, la puissanoe demandée ne puisse être atteinte parce que la tension lors du dépassement d'une valeur inférieure au courant maximum demandé commence à déoroitre rapidement.
Pour éviter cet inconvénient, suivant l'invention, le coefficient de fuite t des circuits de commutation, l'angle de commande o( et les dimensions et les propriétés des bobines de saturation, doivent être accordés ré- oiproquement de telle façon que l'on ait la relation suivante :
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A l'aide des figures 1 à 9 l'invention et quelques propo- sitions pour des perfectionnements seront expliqués de plus près.
La figure 1 représente par exemple un montage de aonver- sion de courant triphasé. Par 12 on désigne l'enroulement secon- daire d'un transformateur ou l'enroulement induit d'un alterna- teur triphasé spécial. Les canalisations de phase qui viennent de l'enroulement 12 se ramifient ohacune sur deux des disposi- tifs de contact 1 à 6 qui alternant dans la suite de leurs dé- signations, sont fermés et ouverts au moyen d'un arbre excen- trique 15 représenté schématiquement. Les dispositifs de contact
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/ 1, 3 et 5 sont connectés à un pôle d'un réseau à courant continu 20, les dispositifs de contact 2, 4 et 6 à l'autre pôle.
Dans les canalisations de phase sont disposées en plus, avant la ra- mification, des bobines 13 dont le noyau magnétique 14 est dé- saturé au voisinage du zéro d'intensité ce qui provoque un apla- tissement de la courbe de courant sous forme d'une pause à oou- rant réduit facilitant la coupure du courant. Le noyau magnétique est exécuté en une classe de fer de haute qualité magnétique dont la caractéristique d'aimantation doit être, dans la région non saturée, inclinée le moins possible sur l'axe des flux, mon- trer une inflexion la plus aiguë possible aux points de passage à.la région saturée, et dans la région saturée se poursuivre le plus parallèlement possible à l'axe des excitations. L'arbre d'excentrique 15 peut par exemple être entraîné par un moteur synchrone 16.
S'il est prévu une génératrice particulière pour l'alimentation du dispositif convertisseur, l'arbre d'excentri- que 15 peut être accouplé aveo l'arbre de l'alternateur, En vue du réglage des instants des contacts, la position angulaire de l'excentrique par rapport à la position de phase de la tension alternative peut être réglée par exemple par variation de la position angulaire du champ tournant du moteur d'entraînement 16. Cette variation peut âtre opérée par rotation du stator du moteur ou au moyen d'un régulateur d'induction 17. La tension d'entraînement est par exemple prise à un enroulement 18 oxéou- té sous la forme d'un enroulement secondaire d'un transformateur auxiliaire particulier ou disposé en enroulement supplémentaire sur le transformateur principal.
Pour obtenir un courant continu le plus possible exempt d'harmoniques il est prévu une bobine d'égalisation 19. Une charge de base 20 peut servir pour faci- liter les manoeuvres de démarrage et pour assurer une valeur minimum de la charge.
Parallèlement au dispositif à contact sont disposés des
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trajets de courant dérivés matérialisés dans le dessin par les condensateurs 22 et les résistances ohmiques 23. Leur rôle est de retarder la oroissanoe de la tension de rétablissement. Les trajets en parallèle peuvent être interrompus périodiquement par des dispositifs à contact auxiliaire 7, 8 et 9. Les dispo- sitifs à contact auxiliaire peuvent être entraînés par un arbre à excentrique 38 qui peut être accouplé par un accouplement 39 avec l'arbre prinoipal 15. Les trajets en parallèle oontiennent de plus, pour faciliter les manoeuvres de fermeture, des enrou- lements 24 qui sont disposés sur un circuit magnétique 25.
Le circuit magnétique 25 est également relié à l'enroulement de bobine 13 et possède les mêmes propriétés que le circuit prin- cipal 14 et si possible à un degré encore plus élevé. Le nombre de spires de l'enroulement 24 est sensiblementégal au nombre de spires de l'enroulement 13, son sens d'enroulement est oppo- sé.
Sur le noyau 14 on peut disposer un enroulement spécial de préaimantation 26 pour la direction de son comportement magné- tique, lequel peut être alimenté par exemple par du courant tri- phasé provenant des prises d'un enroulement 28 par un régulateur d'induction 27. L'enroulement 28 peut de plus être l'enroulement secondaire dtun transformateur auxiliaire ou un enroulement sup- plémentaire sur le transformateur principal. De plus, le noyau 14 peut être prévu avec un autre enroulement de commande 29 par lequel peut lui être amenée une tension supplémentaire par ex- emple non sinusoïdale.
Pour la produotion de cette tension on peut utiliser des bobines auxiliaires 30 qui sont disposées sur un noyau auxiliaire 31 exécuté avec des matières identiques ou analogues à celles des noyaux 14 et 25 et qui est excité au moyen d'un autre enroulement 32 sur les bornes d'un circuit auxiliaire 34 par l'intermédiaire d'un régulateur d'induction 33. De même l'enroulement auxiliaire 34 peut être l'enroulement
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secondaire d'un transformateur auxiliaire ou un enroulement supplémentaire du transformateur principal. Les dispositifs de réglage des transformateurs tournants 17, 27 et 33 peuvent, oom- me on l'a indiqué, être oouplés ensemble.
De même les disposi- tifs de réglage des enroulements avec prise 28 et 34 peuvent être couples.
Les enroulements de réaotanoes 13 peuvent être court-cir- ouités par des trajets en parallèle aveo résistance ohmique 35, condensateurs 36 et avant tout des inductances 37.
La figure 2 montre les courbes de tension, et la figure 3 les courbes de courant du dispositif convertisseur et en dessous les durées de fermeture et d'ouverture des contacts en fonction du temps t ainsi que de l'angle # t, quand # = 2 # f, pulsa- tion de la tension alternative, Les points de rencontre des cour- bes de tension U1 U3 U5 sont distants de 360/m = 120 électriques.
En correspondance, les instants de fermeture, par exemple t1 et t4 des différentes phases doivent être déphasés l'un par rapport à l'autre du même angle. De plus, chaque phase doit être fermée deux fois pendant une période, une fois sur le pôle + et une fois sur le pôle - du réseau à courant oontinu 20. Les deux dis- positifs de contact correspondants travaillent à cet effet en opposition, o'est-à-dire sont déphasés l'un par rapport à l'au- tre d'un angle de 180 . Entre l'instant de la fermeture de la phase suivante et l'instant où la phase qui vient d'être coupée doit être de nouveau fermée en sens opposé on dispose par suite dtun angle de 180 - 360/m = 180 m-2/m = 60 électriques ( par exemple t4 à t6 et t6 à t3 ).
Dans le temps qui correspond à cet angle doivent s'exécuter deux opérations, soit la commutation propre- ment dite du courant et le renversement de saturation de la bo- bine 13. Four le déroulement de ces deux opérations un rôle es- sentiel est joué par la tension qui agit dans le circuit de com- mutation formé par la phase qui s'ouvre et la phase qui succède.
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La courbe de cette tension est représentée sur la figure 4 pour le circuit de commutation qui est formé par les deux dispositifs de contact 5 et 1 précisément fermés suivant la figure 1. Au point de coupure t0 des deux courbes de tension de phase U5 et U1 la courbe de tension de commutation UK commence à croître à partir de la valeur zéro. Elle est égale à la tension composée des deux phases.
Leur valeur maximum est ainsi
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lorsque 'Un est la valeur nominale de la tension de phases @
Si l'on suppose que l'opération de commutation considérée soit amorcée par la fermeture du dispositif de contact! à l'in- stant t1,un certain angle [alpha] après l'instant d'égalité de ten- sion ( t0) pour la commutation proprement dite, on pourrait utiliser une intégrale de tension correspondant à la surface K ( figure 4 ). Celle-ci contient également une fraction par la- quelle le noyau de la bobine de réaotanoe 14 de la phase 5, qui fournit le courant, est reporté dans l'induction BJ pour une intensité J sur l'induction BS existant à l'instant de sa désa-
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turation, otest-à-dire au coude de saturation et le noyau de la bobine de la phase 1 qui succède est reporté de BS à BJ.
Or, comme la bobine de la phase qui fournit le courant 5 est également en série avec le dispositif de contact 2, l'aimanta- tion de son noyau 14 doit être inversée jusqu'au'coude de satu- ration opposé avant qu'à l'instant t3 le dispositif de contact 2 soit fermé. L'induction de son noyau de réaotanoe doit ainsi varier de la valeur de 2BS. Supposons que pour cela une inté- grale de tension correspondant à la surface M soit nécessaire.
L'intégrale totale de tension à appliquer, oorrespondant aux surfaces K + M, doit être paroourue dans le temps de t1 à t3 correspondant à un angle de 180 - 360/n = 60 électriques, elle
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doit avoir par suite au plus la valeur U K max (cos - (IV 6 0)) Kmax (ooa0<- oos((\+60))
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Si elle était supérieure, cela signifierait que le renversement d'aimantation de la bobine, lors de la fermeture du dispositif de contact 5 n'est pas encore achevé et qu'ainsi la bobine se trouve encore à l'état non saturé.
Alors l'opération de oommu- tation proprement dite ne peut pas s'établir immédiatement après la fermeture du contact, mais seulement plus tard, après que la bobine s'est saturée jusqu'au coude de la courbe d'aimantation, o'est-à-dire pour un angle o( plus grand que cela ntavait été admis à l'origine.
Or, l'angle' o( est déterminant pour la ten- sion du côté continu, Sur la figure 5 la courbe de la tension '0' 6 est tracée en fonction de 0( pour la marche à vide. C'est une cosinusoidale et ses valeurs diminuent lors de la charge, de la chute de tension dans les impédances qui se trouvent dans le circuit et d'une valeur supplémentaire provenant de ce que pendant la durée de commutation sur le côté à courant oontinu on ne dispose pas de la pleine tension correspondant aux courbes tracées sur la figure 2, mais de la valeur moyenne tracée en pointillé des tensions de la phase qui s'ouvre et de la phase suivante, D'après la figure 5 on reconnaît que, lors d'une dé- saturation non terminée en temps oorrect des noyaux de réaotanoe 14,
la tension oontinue subit une diminution supplémentaire.
Afin d'éviter ce fait le courant ne doit pas être supérieur à
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Dans cette équation L est l'inductance du circuit de commuta- tion comprenant les deux phases y compris l'inductance dans l'air des deux réactances correspondantes 13. UK max w # ts représente la surface M de laquelle suivant la figure 6 provient la définition # t comme durée du renversement d'aimantation s de la bobine 13 de + BS à - BS par rapport à la valeur maximum de la tension de commutation.
Four cette durée de renversement d'aimantation qui peut être également désignée comme pause rela-
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tive à oourant réduit, le dimensionnement de la bobine, otest- à-dire le nombre de spires w do l'enroulement 13, la seotion q du noyau magnétique 14 et son induotion de saturation BS sont
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essentiels pour l'équation " A ts = 2 wq 10 Bo S . Le facteur K max BJ B considère la dépense supplémentaire pour la variation dé- S otite ci-dessus de l'état d'aimantation des deux bobines de ré- actances intéressées pendant l'opération proprement dite de oom- mutation de t1 à t2.
Afin de pouvoir atteindre le oourant nominal ou un courant supérieur sans que la baisse de tension supplémentaire mention- née oi-dessus se produise, il faut satisfaire la condition J J max > = 1 . Il suit de là la formule suivant l'invention si Jg lton considère que la valeur efficace oorrespondant au courant
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nominal , V273 Jg est une première approximation Ym égale à la valeur efficace Jg du courant alternatif et du ooeffi- oient de fuite f..:: <-0 L Jn - Un
Pour satisfaire la condition selon l'invention, il est recommandable de faire petit le coefficient de fuite ofest- à-dire plus petit qu'il n'est usuel, en considération du courant de court-circuit, dans d'autres montages de convertisseurs, en particulier de oeux qui comportent des cuves à décharge à vapeur de mercure.
De plus, le transformateur ( ou l'alternateur ) oon- neoté du coté triphasé peut être exécuté avec une inductance de fuites extrêmement faible, l'inductance de fuites et l'in- duotanoe par l'air des bobines de saturation doivent être, par exemple par le couplage en parallèle de plusieurs branohes d'en- roulement et l'emploi de noyaux annulaires, le plus réduites possible, les oanalisations de connexion et les appareils de coupure doivent être exécutes aveo une inductance de fuites aussi faible que possible. Il faut qu'en particulier le ooeffi-
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oient de fuite total t soit inférieur à 8 %.
Il n'est pas né- oessaire d'accorder une attention particulière au courant de court-circuit, parce que, oomme on le sait, il est limité sans cela par la désaturation des bobines 13 à une valeur permanente relativement basse, de sorte qu'il est même possible au moyen d'un court-circuit provoque intentionnellement sur le côté à courant continu des dispositifs de contact 1, 3 et 5 d'une part, et 2, 4 et 6 d'autre part, de protéger en cas de défaut ces dis- positifs de contact avant toute avarie contre les aros de rup-' ture.
Une autre possibilité pour obtenir un courant de charge aussi grand que possible consiste en ce que le réglage du dis- positif convertisseur n'est pas total, mais commandé avec un angle de réglage [alpha] > 0, comme cela est indiqué par exemple dans les figures 2 - 4. L'angle de commande peut être, soit réglé une fois pour toutes stil n'est pas nécessaire d'avoir un ré- glage dans un intervalle plus étendu, ou bien on peut, au moyen d'une butée, par exemple au dispositif de réglage 17, faire en sorte que l'angle [alpha] ne puisse pas tomber en dessous d'une va- leur minimum déterminée [alpha]0.
Afin qu'alors on puisse atteindre une grandeur déterminée de la tension continue U , il faut choisir de prime abord plus élevée la tension alternative sui- vant la figure 5. Il est recommandable de travailler aveo un angle de réglage minimum d'environ 9 électriques, parce que l'intégrale de tension de 0 à 9 ne fournit aucune contribu- tion notable pour la commutation, comme le montre la figure 4, et paroe que d'autre part, suivant la figure 5 la chute de ten- sion pour [alpha] = 9 est encore insignifiante.
La mesure qui consiste à rendre # t2 petit par l'utili- sation de bobines relativement petites, contribue de même à l'augmentation de la capacité de charge en courant. En même temps toutefois, la durée de la pause à courant réduit est
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abrégée de ce fait. Les bobines doivent ainsi ne pas être ohoi- sies trop petites, oar autrement la sécurité d'une coupure ir- réprochable pourrait être trop amoindrie, ce qui est possible eu égard aux variations inévitables des durées de contact oau- sées par des inexactitudes mécaniques et à des dérangements é- ventuels ou des écarts par rapport à la courbe symétrique de la tension alternative.
De plus, la durée plus ou moins longue de la pause à courant réduit pour une position donnée de l'instant de coupure conditionne la limite de oharge inférieure et ainsi la grandeur de la durée de oharge. Si par exemple l'instant de la coupure se trouve, pour la plus forte charge de courant, au début de la pause à oourant réduit, o'est-à-dire coïncide avec l'instant t2 pour une charge plus petite par suite du raocour- oissement de la durée de commutation, la terminaison de la pau- se à courant réduit reculera toujours davantage vers l'instant de la ooupure. La oharge maximum admissible est alors donnée parce qu'une partie de la pause à courant réduit nécessaire pour des raisons de sécurité doit se trouver, même pour ce cou- rant minimum, encore après l'instant de la coupure.
La gêne d'exploitation décrite peut toutefois être supprimée par le fait que l'instant de la coupure et ainsi le temps de reoouvrement des contacts en dépendance de la charge est modifié graduelle- ment ou par échelons.
Lors de l'utilisation des bobines de saturation plus for- tes, le renversement de l'aimantation peut être accéléré lors d'une charge d'une forte intensité au moyen d'une aimantation préalable supplémentaire du noyau de la réaotanoe 14 et la li- mite de charge peut être ainsi augmentée. La préaimantation peut être apportée à l'aide d'un enroulement 26 et doit agir dans le même sens que le oourant qui circule, pendant l'inter- valle de temps d'inversion du courant suivant, par l'enroulement principal 13.
La préaimantation dont l'application est avanta-
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geuse, même pour de petites charges, afin que pour l'élévation de la sécurité de coupure le oourant dans l'enroulement princi- pal ait encore pendant la pause à courant réduit la même direc- tion que pendant ltintervalle de transformation du courant pré- oédent, peut le cas échéant pour des charges plus élevées être renforcé automatiquement par le fait que la tension prise aux bornes de l'enroulement de transformateur 28 peut être augmen- tée.
La préaimantation mentionnée peut également être utilisée pour donner une oompensation supplémentaire jusqu'à environ zéro au courant qui circule dans l'enroulement principal 13 pendant la durée d'action de la bobine de saturation. Pour le maintien de cette compensation il est nécessaire lors des changements de l'angle de commande [alpha] de modifier également une phase du courant de préaimantation dans le même sens. A cela sert le tion 17, couplage du régulateur d'induction 27.avec le régulateur d'indu,-(3--,
Pour accélérer le renversement d'aimantation on peut in- troduire une tension auxiliaire par exemple au moyen d'un enrou- lement auxiliaire 29.
La tension auxiliaire peut avantageusement avoir une forme différente de la sinusoïde en particulier avoir une forme approximativement rectangulaire. On obtient une telle tension auxiliaire au moyen d'un enroulement 30 par suite des propriétés mentionnées oi-dessus de la saturation du circuit magnétique 31. Il est reoommandable de ne laisser agir la ten- sion extérieure à chaque opération qu'après l'ouverture des oontaots, o'est-à-dire dans le temps de t2 à t3. Une tension extérieure introduite peut toutefois être utilisée également pour raccourcir en cas de forte charge du courant la durée de commutation. La tension extérieure doit à cet effet être intro- duite elle-même chaque fois dans le circuit de oommutation peu après la fermeture des contacts.
Un raccourcissement de la pause à courant réduit peut en- fin être provoqué en rendant inactive aux fortes charges une
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partie de la seotion du circuit magnétique de la bobine de sa- turation. A cet effet le circuit magnétique peut conformément à la figure 7 comprendre deux parties 14 et 14' . La partie 14' porte un enroulement particulier 40 qui au-dessus d'une limite de charge fixée à l'avance peut être court-circuité au moyen d'un interrupteur 41, le cas échéant automatiquement.
Si l'on rend grande la conduotivité du trajet en parallèle 22, 23 on accélère bien de ce fait le renversement d'aimantation du noyau de la bobine 14, mais il subsiste le danger, qu'après l'ouverture des contacts, il se forme une oscillation de courant d'une amplitude considérable par exemple suivant la courbe J o de la figure 8, laquelle porte préjudice à la capacité de sur- oharge du dispositif convertisseur pour une charge minimum don- née et une position invariable de l'instant de la coupure. Il faut notamment éviter que l'oscillation coïncide avec l'instant de la coupure, car autrement le courant pourrait avoir une va- leur relativement élevée précisément à l'instant de la coupure.
La charge ne pourrait par suite être augmentée qu'autant que, avant le commencement de l'ouverture, on disposerait d'un temps suffisant pour l'amortissement de l'oscillation. La durée de la pause à courant réduit utilisable pour le réglage des limites de charge doit être diminuée de cette durée si l'on utilise de grands condensateurs 22. Pour cette raison il est recommandable de ohoisir pour le trajet en parallèle des condensateurs 22 d'une capacité relativement petite.
Les oscillations du oourant suivant la courbe Jo peuvent être atténuées plus largement et même être rendues inoffensives en coupant de même le trajet en parallèle après l'ouverture des oontacts. A l'instant représen- té dans la figure 1 entre t1 et t2 le trajet en parallèle se ferme par le dispositif à contact 5 qui doit ensuite s'ouvrir par les équipements de contact auxiliaires 7 et 8 et par ltéqui- pement de contact principal 1. Peu après l'ouverture du disposi-
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tifà contact 5, à l'instant t2, le dispositif auxiliaire de contact 7 est ouvert en vue de la coupure du trajet en paral- lèle.
Avant qutalors le dispositif de oontaot 2 soit fermé à l'instant t3 le dispositif auxiliaire 9 se ferme, de sorte qu' un trajet en parallèle par les équipements auxiliaires 8 et 9 et le dispositif à contact principal 6 est disponible, lequel abaisse la tension de fermeture à ce contact à une valeur ré- duite. Le oourant de fermeture est alors limité par le noyau de la bobine 25 à une valeur très réduite, oar ce noyau doit d'abord subir un renversement d'aimantation avant que le oou- rant puisse monter rapidement dans les deux enroulements qui lui sont reliés 13 et 25, lesquels agissent alors dans le même sens par suite du oourant de déoharge provenant du condensateur 22. De cette façon la bobine 25 provoque lors de la fermeture une pause à courant réduit.
Comme le noyau 25 a une section beaucoup plus petite que le noyau 14, cette pause à oourant ré- duit est très oourte, de sorte qu'elle est négligée sur la fi- gure 3. C'est de la fin de cette pause à oourant réduit qu'il faut faire commencer l'opération proprement dite de commutation, de sorte que de ce fait l'angle de commande [alpha] est augmenté d'une petite quantité.
Pendant l'ouverture des contacts le noyau magnétique 25 doit chaque fois se trouver à l'état saturé afin de ne pas trou- bler le passage du oourant dans le trajet en parallèle 22, 23.
Ce résultat peut être obtenu en cas d'égalité du nombre de spi- res des enroulements 13 et 24 par le choix d'un métal magnétique ayant une oaraotéristique d'aimantation dont la branohe tomban- te ne présente le coude de saturation qu'en dessous du zéro de l'excitation, ou autrement par le choix d'un nombre de spires un peu plus réduit pour l'enroulement 24, ou enfin dans chaque cas par la préaimantation du noyau 25 au moyen d'un enroulement supplémentaire 42 ( figure 7 ). L'enroulement 42 est avantageu-
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sement alimenté par le courant alternatif synohrone provenant d'un enroulement auxiliaire analogue aux enroulements 28 et 34 par l'intermédiaire d'un régulateur dtinduotion dont le dispo- sitif de réglage peut être couplé avec le dispositif de réglage du transformateur 17.
La grandeur et la phase de ce courant de préaimantation peuvent être réglées de telle sorte que même lors d'une manoeuvre de fermeture il provoque l'état dtaimantation voulu du noyau magnétique 25. L'enroulement 24 est dans.oe cas superflu.
Les harmoniques du courant, suivant la courbe Jc dans la figure 8 peuvent de plus être atténués à l'aide d'une inductan- ce 37 montée en parallèle avec l'enroulement 13. Par un aooord approprié de ce trajet en parallèle, le courant résultant Jr circulant par le trajet en parallèle 22 et 23 peut prendre la forme de courbe indiquée sur la figure 8 par une ligne en traits pleins. Pour la comparaison, la courbe Jd est encore portée en pointillé. Ce courant traverserait la bobine 14 s'il n'exis- tait ni trajet en parallèle 22, 23, ni trajet en parallèle 35, 36, 37.
La ligne zéro de la figure 8 est valable avec, la ligne zéro 0' sans préaimantation par l'enroulement 26, laquelle à cause de la courte durée de l'intervalle considéré peut être regardée en première approximation comme constante si le cou- rant de préaimantation pendant ce temps atteint sa valeur maxi- mum. Pour l'utilisation du trajet en parallèle 35, 36, 37, le trajet en parallèle 22, 23 peut rester fermé en permanence, de sorte que les dispositifs auxiliaires de contact 7, 8 et 9 sont superflus. Cela a en même temps l'avantage qu'après l'ouverture des dispositifs de contacts principaux une partie prépondérante de la durée de commutation est attribuée à la bobine non satu- rée 13 et provoque son renversement d'aimantation.
Si par con- tre, le trajet en parallèle 22, 23 est interrompu après l'ouver- ture des contacts principaux, la tension de commutation s'ap-
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plique pour une part prépondérante au dispositif de contact auxiliaire ouvert, de sorte que le renversement d'aimantation du noyau de r6aotanoe 14 nécessite, comme on l'a décrit, une aimantation particulièrement forte au moyen de la réaotanoe 26, ou bien une tension auxiliaire supplémentaire amenée au moyen de l'enroulement 29, otest-à-dire que le noyau de réactance 14 possède la propriété d'une aimantation spontanée que présentent comme on le sait quelques alliages magnétiques,
otest-à-dire que l'induction du noyau magnétique 14 au dessus d'une intensi- té de champ déterminée et sans augmentation de ce dernier con- tinue à croître de soi même. L'utilisation d'un métal magnétique à aimantation spontanée peut également, en plus ou au lieu des autres mesures mentionnées ci-dessus, servir à accélérer le renversement d'aimantation et ainsi contribuer et servir à . l'augmentation de la oapaoité de suroharge. Car elle permet à l'aide de très petits oondensateurs en parallèle 22, ou même tout à fait sans trajet en parallèle, de suffire et par suite d'éviter les osoillations mentionnées et la réduction causée par elle de la durée utile de la pause à oourant réduit.
Dans les noyaux magnétiques n'ayant pas la propriété men- tionnée en dernier lieu, les pentes des parties saturées de la caractéristique d'aimantation jouent le rôle essentiel pour le rapport qui de son coté influe sur le troisième terme de la formule suivant l'invention. Afin que ce dernier ne soit pas agrandi d'une façon exagérée par les propriétés magnétiques désavantageuses du noyau de la bobine 14, on ohoisit avantageu- sèment un métal magnétique qui possède un rapport BJ ; BS in- férieur ou égal à 1,1.
En rapport aveo le noyau magnétique 25, il a déjà été mentionné qu'une pause à oourant réduit, suivant la fermeture des contacts, agrandit l'angle de réglage total 0( . De plus, il a été décrit qu'également le circuit magnétique 14 peut pro-
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voquer une telle pause à courant réduit si son renversement dtaimantation n'est pas achevé en temps utile. Cette oircon- stance peut, dans la disposition de transformation suivant l'in- vention, être utile pour différents buts secondaires. Tout dta- bord on peut ainsi régler à volonté la tension sur le oourant oontinu au moins dans un petit intervalle de l'ordre de grandeur de 10 % et ainsi par exemple oompounder au moins en partie la ohute de tension oausée par l'augmentation de la oharge.
Cela peut se faire entre autre par réglage vers le bas du oourant de préaimantation dans l'enroulement 26 ou dans la tension auxili- aire admise en supplément à l'enroulement 29, ce qui en cas de diminution de la charge peut réduire l'augmentation de la ten- sion oontinue.
Comme de plus, ainsi qu'on l'a dit, en cas de dépassement de la charge maximum résultant de la formule suivant l'invention, une baisse de la tension peut être également causée par la ter- minaison intempestive de l'inversion d'aimantation du noyau 14 de la réaotanoe, ce phénomène peut être utilisé pour éviter en cas de dépassement de la limite supérieure de charge, un arrêt complet de l'équipement oonvertisseur. Pour cela il est néces- saire que l'instant d'ouverture qui, pour la oharge maximum ad- missible, se trouve au début ( t2) de la pause à oourant ré- duit soit, en cas de dépassement de cette oharge, reporté auto- matiquement au moyen d'une commande dépendant du courant, à un instant ultérieur entre t2 et t3. Alors la coupure du oourant se fait même dans ce cas pendant la pause à oourant réduit dans des conditions facilitées.
Et la plus grande augmentation du courant de charge a pour effet une forte chute de la tension oontinue Ug ,de sorte que la courbe de la caractéristique de oharge représentée à peu près sur la figure 9 se fait aveo une inflexion prononoée au point Jmax. Cela signifie qu'à une plus large diminution de la résistance dans le circuit des appareils
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de consommation ou de la 'tension continue antagoniste au dessus de Jmax est liée une augmentation de oourant notablement plus faible que en dessous de Jmax.Il ne peut par suite se produire d'autres conséquences indésirables.
Four la surveillance de l'équipement oonvertisseur décrit il existe une série de possibilités en soi oonnues. Parmi oes dernières se montrent partioulièrement avantageuses oelles dans lesquelles des dispositifs de surveillanoe, répondant pour la valeur de oharge maximum donnée, ou pour la valeur de charge inférieure à oelle-oi d'une marge de sécurité prédéterminée, se trouvent dans les oanalisations de courant principal des con- taots.
Leur avantage consiste essentiellement en ce que, à l'op- posé des dispositifs de surveillanoe qui se trouvent dans les canalisations à courant continu, ils répondent non seulement pour la valeur limite fixée de la charge, mais aussi pour les défauts résultant de la disymétrie des tensions alternatives des diverses phases, ou défauts analogues, lesquels ne se font pas remarquer par une élévation de la tension du côté continu, mais peuvent avoir pour conséquence une augmentation inadmis- sible des courants de court-circuit qui se ferment pendant la durée de reoouvrement des contacts dans les circuits de commu- tation.
Sur la figure 10 est représentée schématiquement, à titre d'exemple, une disposition de ce genre. On n'a dessiné qu'une phase, les dispositions triphasée peuvent en être déduites sans plus par multiplication. Dans une oanalisation à courant aonti- nu 110 qui se ramifie au point 113 en deux canalisations 111 et 112, sont prévus des équipements de contact 114 dont la partie mobile est entraînée par exemple au moyen de cames ou d'exoen- triques par un moteur synchrone non représenté qui peut être raccordé au circuit alternatif de l'équipement convertisseur ou à un réseau couplé en synchronisme aveo ce dernier.
Les équi-
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pements de contact 114 peuvent être court-oircuités pour dimi- nuer la rapidité d'augmentation de la tension de rétablissement par un trajet en parallèle qui est matérialisé sur le dessin par exemple par un condensateur 115 et une résistance ohmique 116. Avant le point de bifurcation 116, sont disposées dans la oanalisation commune 110 des bobines de réaotanoe 117 dont le noyau magnétique 118 est fortement saturé pour la valeur nomi- nale' du courant et provoque par sa désaturation dans le voisi- nage du zéro une pause à oourant réduit qui peut faciliter la coupure du courant et le cas échéant aussi sa fermeture.
La oa- raotéristique d'aimantation du circuit magnétique 119 doit, dans la région non saturée, être inclinée le moins possible sur l'axe des flux, à la zône de passage dans la région saturée, présen- ter l'inflexion la plus aiguë possible, et dans les régions saturées avoir une courbe la plus parallèle possible à l'axe des exoitations. sur le circuit magnétique 118 comme commande supplémentaire de sa courbe d'aimantation on peut disposer un enroulement de préaimantation 119 qui, dans la disposition re- présentée est excité avec avantage avec du courant alternatif.
Les deux oanalisations bifurquées 111 et 112 sont reliées à des pôles différents d'un système à oourant oontinu 120. Les temps de manoeuvre de ces équipements de contact sont en conséquence déoalés réciproquement de 1800 électriques.
Si l'équipement de surveillance est monté dans le circuit principal avant la bifurcation 113, en série aveo la bobine à saturation 117, ce montage a l'avantage que l'on peut utiliser des équipements de surveillance habituels appropriés pour les oourants alternatifs symétriques, équipements qui ont en même temps l'avantage que suivant l'instant où se produit un défaut ou une surcharge ils reçoivent et peuvent transmettre une im- pulsion de commande dans chacune des deux alternances du courant alternatif. Un équipement de surveillance de ce genre est par
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exemple un simple transformateur dont l'enroulement d'exoita- tion 121 se trouve dans le circuit principal 110 et à l'enrou- lement secondaire 122 duquel, par un équipement redresseur 123, est connectée une bobine 124 d'un-relais 125.
Pour réaliser un temps propre oourt de l'équipement de surveillance, le relais 125 reçoit une excitation préalable par une bobine 126, de sorte que l'armature de relais est normalement attirée et que les oon- tacts des relais 127 sont ouverts. La bobine 126 est, par une bobine d'amortissement 128 et une résistance réglable 129 aveo ' laquelle le courant de réponse peut être réglé, et le cas éché- ant décalé lors d'un changement du degré de réglage total de l'équipement oonvertisseur, suivant la variation de la valeur admissible de la charge maximum en fonotion de l'angle de com- mande total, automatiquement raccordée à un réseau continu aux- iliaire 130 qui, dans certaines circonstances peut être ajusté au réseau à courant continu 120.
Les oourants de surveillance provenant des transformateurs des différentes phases peuvent, suivant leur direction continue, être amenés en série ou en parallèle à la bobine d'excitation 124. On peut également pré- voir pour chaque phase une bobine d'excitation particulière correspondant à la bobine 124, ou aussi un relais particulier par phase dont les contacts sont couplés en parallèle avec les contacts 127 représentés dans le dessin.
Dans le réseau 130 peut également se trouver par l'inter- médiaire des résistances 131, 132 la bobine dtexoitation exécu- tée sous forme de bobine de maintien d'un dispositif électro- magnétique de proteotion 133. Le dispositif de protection peut être réalisé de telle sorte qu'il oourt-oirouite en cas de dé- faut les équipements de contact 114 en court-circuitant les trois phases d'un équipement triphasé. En exploitation normale, l'armature du dispositif de protection 133 est levée, de sorte que les contacts de mise en court-circuit sont ouverts.
Aussitôt
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que le oourant dépasse dans la oanalisation d'anode 110 une va- leur fixée dtavanoe, la force démagnétisante de la bobine 124 l'emporte, de sorte que l'armature du relais 125 tombe, ferme les oontaots de relais 127, et ainsi oourt-oirouite la bobine de maintien du dispositif de protection. 133, y compris la ré- sistanoe 131 en série avec la bobine 133, de sorte que le dis- positif de protection agit.
Par les oontacts 127 ou par des oon- taots auxiliaires supplémentaires du relais 125, on peut déclen- oher également des interrupteurs extra-rapides sur le côté al- ternatif et en cas de nécessité également sur le coté continu de l'équipement oonvertisseur, ce qui supprime la tension dans toute l'installation en cas de défaut. On peut de plus prévoir des 'équipements par lesquels l'installation se remet d'elle-même en servioe après élimination de la cause du défaut.
Au lieu d'un relais électro-magnétique 125 on peut égale- ment utiliser une cuve à décharge commandée. Pour la commande de cette cuve, on peut le cas échéant utiliser au lieu ou en plus d'un transformateur de courant, une bobine d'allumage dis- posée dans les oanalisations bifurquées 111, 112 dont le noyau possède des propriétés analogues à celles du noyau magnétique 118 mentionné oi-dessus, et une préaimantation provoquée par courant alternatif, telle qu'il se désature lors de l'arrivée d'un courant de retour et provoque ainsi dans un enroulement un à-coup de tension qui peut être utilisé pour l'allumage du tube à décharge.
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"Converter assembly It
A converter assembly is known for the exchange of energy between a direct current system and a three-phase current system of a given frequency, the star-phase oanalisations of which each branch into two contact equipments controlled in synchronism, working in opposition and racoor.- dice at the different poles of the continuous current system and each presenting in the common part of the pipeline a saturation coil flattening the current curve before the bifurcation. Corresponding provisions may also
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be used for AC systems with a higher number of phases m.
In order to be able to obtain an oonstant direct current and an alternating current as sinusoidal as possible, the contact equipments are constructed and established in such a way that the closing times of the successive phases overlap. For the transformation of a power fixed in advance, it is not enough to size the different parts of the assembly for the nominal current and for the nominal voltage with the necessary safety margins.
As in particular there is only a limited time interval between the start of the switching of a phase and the new closing of the same phase in the opposite direction, it can happen that, despite sufficient dimensioning of the different parts , the requested power cannot be reached because the voltage when exceeding a value lower than the maximum requested current begins to drop rapidly.
To avoid this drawback, according to the invention, the leakage coefficient t of the switching circuits, the control angle o (and the dimensions and properties of the saturation coils, must be reciprocally matched in such a way that the we have the following relation:
EMI2.1
With the aid of FIGS. 1 to 9, the invention and some proposals for improvements will be explained more closely.
FIG. 1 shows, for example, a three-phase current deflection assembly. By 12 is meant the secondary winding of a transformer or the induced winding of a special three-phase alternator. The phase conduits which come from the winding 12 branch off each of two of the contact devices 1 to 6, which alternate in the rest of their designations, are closed and opened by means of an eccentric shaft 15 shown schematically. Contact devices
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/ 1, 3 and 5 are connected to one pole of a direct current network 20, the contact devices 2, 4 and 6 to the other pole.
In the phase conduits are also arranged, before branching, coils 13, the magnetic core 14 of which is unsaturated in the vicinity of zero intensity, which causes a flattening of the current curve in the form of 'a reduced-current break making it easier to cut off the power. The magnetic core is made of a class of iron of high magnetic quality, the magnetization characteristic of which must be, in the unsaturated region, inclined as little as possible on the axis of fluxes, showing the most acute inflection possible at the points of passage to the saturated region, and in the saturated region continue as parallel as possible to the axis of the excitations. The eccentric shaft 15 can for example be driven by a synchronous motor 16.
If a particular generator is provided for supplying the converter device, the eccentric shaft 15 may be coupled with the shaft of the alternator. With a view to adjusting the instants of the contacts, the angular position of the eccentric relative to the phase position of the alternating voltage can be adjusted for example by varying the angular position of the rotating field of the drive motor 16. This variation can be effected by rotation of the stator of the motor or by means of An induction regulator 17. The driving voltage is for example taken from a winding 18 oxidized as a secondary winding of a particular auxiliary transformer or arranged as a supplementary winding on the main transformer.
To obtain a direct current which is as free as possible from harmonics, an equalization coil 19. A base load 20 can be used to facilitate starting operations and to ensure a minimum value of the load.
Parallel to the contact device are arranged
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derivative current paths materialized in the drawing by the capacitors 22 and the ohmic resistors 23. Their role is to delay the oroissanoe of the recovery voltage. Parallel journeys can be interrupted periodically by auxiliary contact devices 7, 8 and 9. Auxiliary contact devices can be driven by an eccentric shaft 38 which can be coupled by a coupling 39 with the main shaft 15. The parallel paths furthermore contain, to facilitate the closing maneuvers, windings 24 which are arranged on a magnetic circuit 25.
The magnetic circuit 25 is also connected to the coil winding 13 and has the same properties as the main circuit 14 and if possible to a still higher degree. The number of turns of winding 24 is substantially equal to the number of turns of winding 13, its winding direction is opposite.
On the core 14 a special pre-magnetization winding 26 can be placed for the direction of its magnetic behavior, which can be supplied for example by three-phase current coming from the taps of a winding 28 by an induction regulator 27 Winding 28 may further be the secondary winding of an auxiliary transformer or an additional winding on the main transformer. In addition, the core 14 can be provided with another control winding 29 by which an additional voltage, for example non-sinusoidal, can be supplied to it.
For the production of this voltage one can use auxiliary coils 30 which are arranged on an auxiliary core 31 made of materials identical or analogous to those of the cores 14 and 25 and which is energized by means of another winding 32 on the terminals. of an auxiliary circuit 34 via an induction regulator 33. Similarly, the auxiliary winding 34 can be the winding
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secondary of an auxiliary transformer or an additional winding of the main transformer. The regulating devices of the rotary transformers 17, 27 and 33 can, as has been indicated, be coupled together.
Likewise, the devices for adjusting the windings with plug 28 and 34 can be coupled.
The coil windings 13 can be short-circuited by paths in parallel with ohmic resistor 35, capacitors 36 and above all inductors 37.
Figure 2 shows the voltage curves, and figure 3 the current curves of the converter device and below the contact closing and opening times as a function of time t as well as the angle # t, when # = 2 # f, pulsation of the alternating voltage, The meeting points of the voltage curves U1 U3 U5 are at a distance of 360 / m = 120 electrical.
Correspondingly, the closing instants, for example t1 and t4 of the different phases must be out of phase with each other by the same angle. In addition, each phase must be closed twice for a period, once on the + pole and once on the - pole of the DC network 20. The two corresponding contact devices work for this purpose in opposition, o that is, are out of phase with each other by an angle of 180. Between the instant of closing of the next phase and the instant when the phase which has just been cut must be closed again in the opposite direction, we consequently have an angle of 180 - 360 / m = 180 m-2 / m = 60 electric (for example t4 to t6 and t6 to t3).
In the time corresponding to this angle, two operations must be carried out, namely the actual switching of the current and the reversal of saturation of coil 13. In the course of these two operations an essential role is played. by the voltage acting in the switching circuit formed by the phase which opens and the phase which succeeds.
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The curve of this voltage is shown in figure 4 for the switching circuit which is formed by the two contact devices 5 and 1 precisely closed according to figure 1. At the cutoff point t0 of the two phase voltage curves U5 and U1 the UK switching voltage curve begins to increase from zero. It is equal to the line voltage of the two phases.
Their maximum value is thus
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when 'Un is the nominal value of the phase voltage @
If it is assumed that the switching operation in question is initiated by closing the contact device! at the instant t1, a certain angle [alpha] after the instant of voltage equality (t0) for the actual commutation, we could use a voltage integral corresponding to the surface K (figure 4) . This also contains a fraction by which the core of the reotanoe coil 14 of phase 5, which supplies the current, is transferred to the induction BJ for an intensity J on the induction BS existing at the instant of his disappointment
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turation, ie at the saturation bend and the core of the coil of phase 1 which succeeds is carried over from BS to BJ.
Now, as the coil of the phase which supplies the current 5 is also in series with the contact device 2, the magnetization of its core 14 must be reversed up to the opposite saturation elbow before instant t3 contact device 2 is closed. The induction of its reaotanoe nucleus must thus vary by the value of 2BS. Suppose that for this a voltage integral corresponding to the surface M is necessary.
The total voltage integral to be applied, corresponding to the K + M surfaces, must appear over time from t1 to t3 corresponding to an electrical angle of 180 - 360 / n = 60, it
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must therefore have at most the value U K max (cos - (IV 6 0)) Kmax (ooa0 <- oos ((\ + 60))
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If it were higher, this would mean that the magnetization reversal of the coil, when closing the contact device 5, has not yet been completed and that therefore the coil is still in the unsaturated state.
Then the actual switching operation cannot be established immediately after closing the contact, but only later, after the coil has saturated up to the bend in the magnetization curve, where it is that is to say for an angle o (greater than that was originally admitted.
Now, the angle 'o (is determinant for the voltage on the DC side, In figure 5 the curve of the voltage' 0 '6 is plotted as a function of 0 (for the no-load operation. It is a cosine and its values decrease during the load, the voltage drop in the impedances that are in the circuit and an additional value resulting from the fact that during the switching time on the DC side there is no full voltage corresponding to the curves plotted in Figure 2, but the mean value plotted in dotted lines of the voltages of the phase which opens and of the following phase, From Figure 5 it is recognized that, during a de- saturation not terminated in correct time of the reactant nuclei 14,
the continuous tension undergoes a further decrease.
In order to avoid this fact the current should not be greater than
EMI7.1
In this equation L is the inductance of the switching circuit comprising the two phases including the inductance in air of the two corresponding reactors 13. UK max w # ts represents the surface M from which according to figure 6 comes the definition # t as duration of magnetization reversal s of coil 13 from + BS to - BS with respect to the maximum value of the switching voltage.
For this duration of magnetization reversal which may also be referred to as a relative pause.
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tive with reduced current, the dimensioning of the coil, otest- to say the number of turns w of the winding 13, the seotion q of the magnetic core 14 and its induotion of saturation BS are
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essential for the equation "A ts = 2 wq 10 Bo S. The factor K max BJ B considers the additional expense for the above variation de- S otite of the state of magnetization of the two reactance coils concerned during the actual switching operation from t1 to t2.
In order to be able to reach the nominal current or a higher current without the additional voltage drop mentioned above occurring, the condition J J max> = 1 must be satisfied. It follows from there the formula according to the invention if Jg lton considers that the effective value o corresponding to the current
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nominal, V273 Jg is a first approximation Ym equal to the rms value Jg of the alternating current and of the leakage oeffi- cient f .. :: <-0 L Jn - Un
To satisfy the condition according to the invention, it is advisable to make the leakage coefficient ofest small, that is to say smaller than usual, in consideration of the short-circuit current, in other assemblies of converters. , in particular of oeux which comprise mercury vapor discharge vessels.
In addition, the transformer (or alternator) rated on the three-phase side can be executed with extremely low leakage inductance, the leakage inductance and air induction of the saturation coils must be, for example by the parallel coupling of several winding branches and the use of annular cores, as small as possible, the connection pipes and the breaking devices must be carried out with a leakage inductance as low as possible. In particular, the ooeffi-
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Total leakage element t is less than 8%.
It is not necessary to pay particular attention to the short-circuit current, because, as is known, it is otherwise limited by the desaturation of the coils 13 to a relatively low permanent value, so that 'it is even possible by means of a short circuit intentionally causes on the DC side of the contact devices 1, 3 and 5 on the one hand, and 2, 4 and 6 on the other hand, to protect in case failure of these contact devices before any damage against failure aros.
Another possibility to obtain a charging current as large as possible consists in that the adjustment of the converter device is not total, but controlled with an adjustment angle [alpha]> 0, as indicated for example in Figures 2 - 4. The control angle can be either set once and for all if it is not necessary to have a setting in a wider range, or it can be, by means of a stop , for example at the adjuster 17, ensure that the angle [alpha] cannot fall below a determined minimum value [alpha] 0.
So that a given magnitude of the direct voltage U can then be reached, the alternating voltage must first be chosen higher as shown in figure 5. It is advisable to work with a minimum adjustment angle of about 9 electrical , because the voltage integral from 0 to 9 does not provide any noticeable contribution for switching, as shown in figure 4, and because on the other hand, according to figure 5 the voltage drop for [ alpha] = 9 is still insignificant.
The measure of making # t2 small by using relatively small coils also contributes to the increase in current carrying capacity. At the same time, however, the duration of the reduced current pause is
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abbreviated thereby. The coils must therefore not be too small, otherwise the safety of an irreproachable cut could be too reduced, which is possible in view of the inevitable variations of the contact times caused by mechanical inaccuracies and to possible faults or deviations from the symmetrical curve of the alternating voltage.
In addition, the shorter or longer duration of the reduced current pause for a given position of the cut-off instant determines the lower load limit and thus the magnitude of the load duration. If, for example, the instant of cut-off is, for the highest current load, at the start of the reduced-current pause, that is to say coincides with the instant t2 for a smaller load as a result of the The shortening of the switching time, the termination of the reduced current phase will move further back towards the instant of the shutdown. The maximum admissible load is then given because part of the reduced current break necessary for safety reasons must still be found, even for this minimum current, after the instant of the cut-out.
The operating inconvenience described can however be eliminated by the fact that the instant of breaking and thus the time for reopening the contacts in dependence on the load is modified gradually or in stages.
When using the stronger saturation coils, the reversal of the magnetization can be accelerated during a high current load by means of an additional pre-magnetization of the core of the reactant 14 and the li - load moth can thus be increased. The pre-magnetization can be provided by means of a winding 26 and must act in the same direction as the current which flows, during the time interval for reversing the following current, through the main winding 13.
The pre-magnetization, the application of which is before
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even for small loads, so that to increase the switching safety the current in the main winding still has the same direction during the current break as during the pre-current transformation interval. In addition, can if necessary for higher loads be automatically increased by the fact that the voltage taken at the terminals of the transformer winding 28 can be increased.
The mentioned pre-magnetization can also be used to give an additional compensation down to about zero to the current flowing in the main winding 13 during the action time of the saturation coil. To maintain this compensation, it is necessary when changing the control angle [alpha] to also modify a phase of the pre-magnetization current in the same direction. Option 17 is used for this, coupling the induction regulator 27 with the indu regulator, - (3--,
To accelerate the magnetization reversal, an auxiliary voltage can be introduced, for example by means of an auxiliary winding 29.
The auxiliary voltage can advantageously have a shape different from the sinusoid, in particular have an approximately rectangular shape. Such an auxiliary voltage is obtained by means of a winding 30 owing to the properties mentioned above of the saturation of the magnetic circuit 31. It is advisable not to allow the external voltage to act at each operation until after opening. oontaots, that is to say in the time from t2 to t3. However, an external voltage introduced can also be used to shorten the switching time in the event of a high current load. For this purpose, the external voltage must itself be fed into the switching circuit each time shortly after the contacts have closed.
A shortening of the reduced current pause can finally be caused by disabling a high load.
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part of the seotion of the magnetic circuit of the saturation coil. For this purpose, the magnetic circuit can, according to FIG. 7, comprise two parts 14 and 14 '. Part 14 'carries a particular winding 40 which above a load limit fixed in advance can be short-circuited by means of a switch 41, if necessary automatically.
If the conduotivity of the parallel path 22, 23 is made large, the reversal of the magnetization of the core of the coil 14 is thereby accelerated, but there remains the danger that after opening the contacts it will occur. forms a current oscillation of considerable amplitude, for example according to the curve J o in FIG. 8, which prejudices the overload capacity of the converter device for a given minimum load and an invariable position of the instant of the cut. In particular, it is necessary to prevent the oscillation from coinciding with the instant of breaking, because otherwise the current could have a relatively high value precisely at the instant of breaking.
The load could therefore only be increased so long as, before the opening began, sufficient time was available for damping the oscillation. The duration of the reduced current pause which can be used for setting the load limits should be reduced by this duration if large capacitors 22 are used. For this reason it is advisable to choose the parallel path of capacitors 22 from relatively small capacity.
The oscillations of the current along the curve Jo can be attenuated more widely and even be rendered harmless by similarly cutting the path in parallel after the opening of the oontacts. At the instant shown in figure 1 between t1 and t2 the parallel path is closed by the contact device 5 which must then open by the auxiliary contact equipment 7 and 8 and by the main contact equipment. 1. Shortly after opening the device
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tifà contact 5, at the instant t2, the auxiliary contact device 7 is open with a view to cutting off the parallel path.
Before then the oontaot device 2 is closed at the instant t3 the auxiliary device 9 closes, so that a parallel path through the auxiliary equipments 8 and 9 and the main contact device 6 is available, which lowers the voltage. closing to this contact to a reduced value. The closing current is then limited by the core of the coil 25 to a very low value, since this core must first undergo a magnetization reversal before the current can rise rapidly in the two windings which are connected to it. 13 and 25, which then act in the same direction as a result of the discharge current coming from the capacitor 22. In this way the coil 25 causes a reduced current pause when closing.
Since core 25 has a much smaller cross section than core 14, this reduced current break is very short, so it is neglected in Figure 3. It is from the end of this break to oReduced current that the actual switching operation must be started, so that the control angle [alpha] is increased by a small amount.
During the opening of the contacts the magnetic core 25 must each time be in the saturated state so as not to disturb the passage of the current in the parallel path 22, 23.
This result can be obtained in the event of equality of the number of turns of the windings 13 and 24 by the choice of a magnetic metal having an arraoteristic of magnetization, the falling branh of which only presents the saturation bend. below the zero of the excitation, or otherwise by the choice of a slightly smaller number of turns for the winding 24, or finally in each case by the pre-magnetization of the core 25 by means of an additional winding 42 (figure 7). The winding 42 is advantageously
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This is supplied by the synchronous alternating current coming from an auxiliary winding similar to the windings 28 and 34 by means of an induction regulator, the regulating device of which can be coupled with the regulating device of the transformer 17.
The magnitude and phase of this pre-magnetization current can be adjusted so that even during a closing operation it causes the desired magnetization state of the magnetic core 25. The winding 24 is in.oe superfluous.
The harmonics of the current, according to the curve Jc in figure 8 can moreover be attenuated by means of an inductance 37 mounted in parallel with the winding 13. By an appropriate aooord of this path in parallel, the current resulting Jr flowing through the parallel path 22 and 23 may take the form of a curve shown in Fig. 8 by a solid line. For the comparison, the curve Jd is still plotted in dotted lines. This current would flow through coil 14 if there were no parallel path 22, 23, nor parallel path 35, 36, 37.
The zero line of figure 8 is valid with the zero line 0 'without pre-magnetization by the winding 26, which because of the short duration of the interval considered can be regarded as a first approximation as constant if the current of pre-magnetization during this time reaches its maximum value. For the use of the parallel path 35, 36, 37, the parallel path 22, 23 can remain permanently closed, so that the auxiliary contact devices 7, 8 and 9 are superfluous. At the same time, this has the advantage that after opening the main contact devices a preponderant part of the switching time is allocated to the unsaturated coil 13 and causes its magnetization to reverse.
If, on the other hand, the parallel path 22, 23 is interrupted after opening the main contacts, the switching voltage is applied.
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mainly due to the open auxiliary contact device, so that the magnetization reversal of the reaotanoe core 14 requires, as has been described, a particularly strong magnetization by means of the reaotanoe 26, or else an auxiliary voltage additional provided by means of the winding 29, otest to say that the reactance core 14 has the property of a spontaneous magnetization which as is known some magnetic alloys,
This means that the induction of the magnetic core 14 above a determined field strength and without an increase in the latter continues to grow by itself. The use of a self-magnetizing magnetic metal can also, in addition to or instead of the other measures mentioned above, serve to accelerate the magnetization reversal and thus contribute and serve to. increased overload capacity. Because it allows with the aid of very small oondensateurs in parallel 22, or even quite without parallel path, to suffice and consequently to avoid the mentioned osoillations and the reduction caused by it of the useful duration of the pause at reduced current.
In the magnetic cores not having the property mentioned last, the slopes of the saturated parts of the magnetization characteristic play the essential role for the ratio which in turn influences the third term of the formula according to the invention. In order that the latter is not exaggeratedly enlarged by the disadvantageous magnetic properties of the core of the coil 14, a magnetic metal which has a BJ ratio is advantageously chosen; BS less than or equal to 1.1.
In relation to the magnetic core 25, it has already been mentioned that a reduced current pause, following the closing of the contacts, increases the total adjustment angle 0 (. In addition, it has been described that also the magnetic circuit 14 can pro-
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evoke such a reduced current break if its reversal of magnetization is not completed in time. This consistency can, in the transformation arrangement according to the invention, be useful for various secondary purposes. In any case, the voltage on the continuous current can thus be adjusted at will, at least within a small interval of the order of magnitude of 10% and thus, for example, at least partially compensate the voltage ohute caused by the increase in the load.
This can be done, among other things, by adjusting the pre-magnetization current in winding 26 downwards or in the auxiliary voltage additionally admitted to winding 29, which in the event of a decrease in the load can reduce the increase. of continuous voltage.
As moreover, as has been said, in the event of the maximum load resulting from the formula according to the invention being exceeded, a drop in the voltage may also be caused by the untimely termination of the inversion of magnetization of the core 14 of the reaotanoe, this phenomenon can be used to prevent, in the event of exceeding the upper load limit, a complete shutdown of the inverter equipment. For this it is necessary that the opening instant which, for the maximum allowable load, is at the start (t2) of the reduced current pause is, if this load is exceeded, postponed. automatically by means of a current dependent control, at a later time between t2 and t3. Then the current is cut off even in this case during the reduced current break under facilitated conditions.
And the greater increase in the charge current results in a large drop in the continuous voltage Ug, so that the curve of the charge characteristic shown roughly in Fig. 9 is made with a pronounced inflection at the point Jmax. This means that at a greater decrease in resistance in the circuit of devices
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of consumption or of the antagonistic DC voltage above Jmax is linked to a significantly smaller increase in current than below Jmax. No other undesirable consequences can therefore occur.
For the monitoring of the described inverter equipment there are a number of possibilities known per se. Among these last ones are shown to be particularly advantageous where monitoring devices, responding for the given maximum load value, or for the load value lower than that of a predetermined safety margin, are found in the current channels. principal of the contaots.
Their advantage consists essentially in that, unlike the monitoring devices which are found in direct current conduits, they respond not only for the fixed limit value of the load, but also for the faults resulting from the asymmetry. alternating voltages of the various phases, or similar faults, which are not noticeable by an increase in the voltage on the direct side, but may result in an inadmissible increase in the short-circuit currents which close during the duration of the reopening of the contacts in the switching circuits.
In Figure 10 is shown schematically, by way of example, an arrangement of this kind. Only one phase has been drawn, the three-phase arrangements can be deduced from it without more by multiplication. In a direct current pipe 110 which branches out at point 113 into two pipes 111 and 112, contact equipment 114 is provided, the moving part of which is driven for example by means of cams or exo-tricks by a motor. synchronous not shown which can be connected to the AC circuit of the converter equipment or to a network coupled in synchronism with the latter.
The teams
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Contact elements 114 can be short-circuited to reduce the speed of increase of the recovery voltage by a parallel path which is shown in the drawing for example by a capacitor 115 and an ohmic resistor 116. Before the point of bifurcation 116, are arranged in the common oanalisation 110 of the reactant coils 117 whose magnetic core 118 is strongly saturated for the nominal value of the current and causes by its desaturation in the vicinity of zero a reduced current pause which can facilitate the cutting of the current and if necessary also its closing.
The magnetization oa- raoteristic of the magnetic circuit 119 must, in the unsaturated region, be inclined as little as possible on the axis of the fluxes, at the zone of passage in the saturated region, present the most acute inflection possible, and in saturated regions have a curve as parallel as possible to the axis of the farms. on the magnetic circuit 118 as a further control of its magnetization curve a pre-magnetization winding 119 can be arranged, which in the arrangement shown is advantageously excited with alternating current.
The two bifurcated oanalisations 111 and 112 are connected to different poles of a continuous oourant system 120. The operating times of these contact equipment are consequently deoalés reciprocally by 1800 electrics.
If the monitoring equipment is mounted in the main circuit before the bifurcation 113, in series with the saturation coil 117, this arrangement has the advantage that one can use the usual monitoring equipment suitable for symmetrical AC currents, equipment which at the same time has the advantage that, depending on the moment when a fault or an overload occurs, they receive and can transmit a control pulse in each of the two alternations of the alternating current. Surveillance equipment of this kind is by
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example a simple transformer whose operating winding 121 is located in the main circuit 110 and to the secondary winding 122 of which, by a rectifying device 123, a coil 124 of a relay 125 is connected.
To achieve a clean time short of the monitoring equipment, the relay 125 is pre-energized by a coil 126, so that the relay armature is normally attracted and the switches of the relays 127 are open. The coil 126 is, by a damping coil 128 and an adjustable resistor 129 with which the response current can be adjusted, and if necessary shifted when changing the total degree of adjustment of the inverter equipment. , depending on the variation of the admissible value of the maximum load in function of the total control angle, automatically connected to an auxiliary continuous network 130 which, in certain circumstances can be adjusted to the direct current network 120.
The monitoring currents coming from the transformers of the different phases can, depending on their continuous direction, be brought in series or in parallel to the excitation coil 124. It is also possible to provide for each phase a particular excitation coil corresponding to the excitation coil. coil 124, or also a particular relay per phase, the contacts of which are coupled in parallel with the contacts 127 shown in the drawing.
In the network 130 can also be found, via the resistors 131, 132, the operating coil executed in the form of a holding coil of an electromagnetic protection device 133. The protection device can be produced in the form of a holding coil. such that in the event of a fault, the contact equipment 114 is short-circuited by short-circuiting the three phases of a three-phase equipment. In normal operation, the armature of the protection device 133 is lifted, so that the short-circuiting contacts are open.
Immediately
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as the current exceeds in the anode pipe 110 a fixed value dtavanoe, the demagnetizing force of the coil 124 prevails, so that the armature of the relay 125 falls, closes the relay oontaots 127, and thus stops -orouite the protective device holding coil. 133, including resistor 131 in series with coil 133, so that the protective device acts.
By means of oontacts 127 or by additional auxiliary oon- switches of relay 125, it is also possible to trigger extra-fast switches on the alternating side and if necessary also on the continuous side of the inverter equipment, this which removes the voltage throughout the installation in the event of a fault. It is also possible to provide equipment by which the installation returns itself to service after elimination of the cause of the fault.
Instead of an electromagnetic relay 125 it is also possible to use a controlled discharge vessel. To control this tank, it is possible to use, if necessary instead of or in addition to a current transformer, an ignition coil arranged in the bifurcated pipes 111, 112, the core of which has properties similar to those of the magnetic core 118 mentioned above, and pre-magnetization caused by alternating current, such that it desaturates upon the arrival of a return current and thus causes a voltage surge in a winding which can be used for ignition of the discharge tube.