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"TRANSFORMATEUR A CONTAOTS".
La présente invention concerne un transformateur travaillant au moyen de contacts oscillant,ou vibrant, ou autrement mobiles, pour la transformation de courant alternatif en oourant continu, ou de courant continu en courant alternatif, ou de courant con- tinu en oourant continu, ou de courant alternatif d'une fréquence en courant alternatif d'une autre fréquence,dans le dernier cas par l'intermédiaire d'un circuit redresseur(circuit de courant continu).
Dans les transformateurs de cette espèce il y a souvent formation d'étinoelles. Pour diminuer cette formation d'étincelles on a employé autrefois différentes méthodes. Ainsi, par exemple, Mills dispose des bobines de réactance avec noyaux en fer fortement saturés,en série avec les contacts,alors que Thury dispose des
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condensateurs,et Rolf des valves ou soupapes électriques,en pa- rallele avec les dits contacts. En outre il est généralement con- nu de coupler des résistances ohmiques relativement petites(Lamme) en série avec les contacts pendant la rupture du contact,et de coupler des résistances relativement grandes(Arnold la Cour) en parallèle avec les dits contacts.
La présente invention supprime la formation d'étincelles d'une manière nouvelle. A savoir, l'invention a pour objet un transformateur contacts travaillant au courant alternatif,avec valves ou soupapes électriques et/ou impédances montées partielle- ment en série et partiellement en parallèle avec les contacts du transformateur. Par le fait qu'on monte une ou plusieurs paires de contacts en série et une ou plusieurs paires de contacts en paral- lèle avec les valves et qu'on actionne ces contacts synchronique- ment avec le courant alternatif admis, dans une succession tempo- raire déterminée, on peut réaliser les ruptures des contacts à des moments tels qu'on n'obtient aucune formation d'étincelles.
Par exemple,on peut coordonner les ruptures des contacts de ma- nière que les contacts en série distincts,appartenant aux valves d'arrêt, et se succédant dans le tempe (c'est à dire se relayant les uns les autres), soient fermés simultanément pendant un certain intervalle de recouvrement mutuel ou de superposition, et que les contacts en parallèle appartenant aux mêmes valves soient ouverte pendant cet intervalle de recouvrement mutuel.
L'invention offre la possibilité de construction de trans- formateurs à contacts aussi pour très grandes puissances*,
Les dessins annexés représentent à titre d'exemples non li- mitatifs différents modes d'exécution de dispositions suivant l'invention.
La figure I représente schématiquement la transformation de courant alternatif monophasé en courant continu,alors que
La figure 2 représente un diagramme de courant,expliquant le mode de fonctionnement.
La figure 3 représente schématiquement la transformation de
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courant thiphasé en courant continu,alors que
La figure 4 représente un diagramme de tension.
La figure 5 représente un schéma d'application de l'invention à la transformation de courant continu,,
La figure 6 représente un simple schéma de montage ou. de couplage pour une phase dans un système triphasé.
La figure 7 représente un diagramme de courant pour la dis- position suivant la figure 6.
La figure 8 représente une disposition suivant l'invention avec un condensateur monté en série avec les contacts en parallèle.
La figure 9 représente un diagramme de courant pour la dis- position suivant la figure 8.
La figure 10 représente une modification perfectionnée de la disposition représentée dans la figure 8.
La figure II représente un diagramme de courant pour la dis- position représentée dans la figure 10.
La figure 1é représente encore un genre d'exécution perfec- tionné avec commande sans contact(inductiveà au moyen de transduc- teurs.
La figure 13 représente un diagramme du courant de commande du transduoteur suivant la figure 12.
La figure 14 représente un autre diagrame de courant appro- prié, pour le courant de commande du transducteur.
La figure 15 représente un schéma de montage pour une modi- fication d'une disposition suivant l'invention,avec oourant de commande suivant la figure 14.
La figure 16 représente une autre modification, avec un in- verseur à contacts pour fournir le courant de commande du tr ans- duoteur.
La figure 17 représente un schéma de montage, d'une variante d'exécution avec inverseur à contacts pour fournir le courant de commande du transducteur,possédant des doubles enroulements d'ai- mantation.
La figure 18 représente un diagramme de courant du courant alternatif de oommande du transducteur,pour une disposition sui- vant la figure 17.
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La figure 19 représente un schéma de montage pour une dis- position suivant l'invention, avec une tension auxiliaire pour empêcher la formation d'arcs voltaïques et d'étincelles au contact en parallèle.
Les figures 6 à 19 se rapportent une phase dans un système polyphasé(par exemple de courant triphasé).
La figure 20 représente un schéma de montage pour un redres- seur de courant triphasé suivant l'invention, avec redresseurs doubles dans chaque phase et avec contacts en série après les contacts en parallèle.
La figure 21 représente une vue en plan d'unedisposition sui- vant la figure 20.
La figure 22 représente un schéma de montage pour une varian- te d'exécution d'une disposition suivant la figure 20, avec oon- tacts en série avant les contacts enparallèle.
La figure 23 représente un schéma de montage pour une phase dans une disposition suivant l'invention avec plusieurs contacts en série couplés en cascade.
La figure 24 représente un schéma de montage pour une phase dans une disposition suivant l'invention avec une tension alter- native spéciale pour diminuer le travail des redresseurs à seo.
La figure é( représente une courbe de tension de la ten- sion différentielle appliquée aux éléments redresseurs dans une phase.
La figure 26 représente une forme d'exécution avec transduo- teur pour le contact en série.
La figure 27 représente un inverseur suivant l'invention.
Dans la figure I,qui représente le montage ou couplage de principe pour la transformation d'un oourant monophasé en oou- rant continu, la valve redresseuse(par exemple un redresseur à sec) est désigné par V et alimente un consommateur de courant F. En série avec la valve V est monté le contact S. et en parallèle aveo la valve y le contact P.Les contacts S et P peuvent être actionnés en dépendance du courant alternatif amené,suivant le schéma de temps représenté dans la figure 2.
Les contacts en série sont dis-
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posés dans ce cas de manière qu'ils réalisent la rupture âpres s l'entrée de la demi-onde négative et la fermeture avant la fin de la demi-onde négative,de sorte que la valve est mise hors circuit pendant une partie de la demi-onde de tension d'arrêt, alors que les contacts ? situés dans la ligne parallèle(con- taots en parallèle) sont disposés de manière qu'ils produisent la fermeture après le commencement de la demi-onde positive et qu'ils produisent l'ouverture avant la fin de la demi-onde po- sitive, -- de sorte que, pendant une partie de la demi-onde du courant de travail, le courant circule parallèlement à la valve, donc en passant à côté de, ou en contournant cette dernière.
Comme il ressort de la figure 3 les oommutations des contacts S et P peuvent être réalisées peu avant et peu après le passage du courant par zéro,de sorte que les valves sont en circuit seu- lement au voisinage des passages par zéro. Ces périodes de fonotionnement sont indiquées dans la figure 2 par des hachures.
Ainsi les pertes dans les valves mises en circuit sont réduites à un minimum par le fait qu'elles sont court-circuitées pendant une partie de la demi-onde du courant de travail,éventuellement pendant une majeure partie de cette demi-onde, par une ligne (conducteur) parallèle pratiquement sans perte. Pendant la par- tie éventuellement aussi la majeure partie,de la demi-onde de la tension d'arrêt,les valves sont complètement hors circuit,parce que comme telles,elles n'ont point de courant à conduire. Par conséquent les valves peuvent être soumises et arrangées seu- lement à ou pour un petit courant effectif, respectivement à ou pour une petite tension d'arrêt.
Pour l'aplatissement de la forme de la courbe des courants à commuter on peut disposer des bobines de réactance D munies de noyaux en fer qui sont fortement saturés sous un courant normal, les contacts produisant la commutation dans la partie aplatie de la courbe lors du passage du courant par zéro, de sorte que les courants à commuter ne sont qu'insignifiants. Ces bobines de réactance peuvent être montées en série avec les valves ,mais puisque c'est en première ligne la demi-onde du courant de travail
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qui doit être aplatie,on peut aussi disposer ces bobines de réactance dans les lignes ou conducteurs parallèles.
La figure 3 représente un schéma de montage pour un trans- formateur à contacts suivant l'invention,pour la transformation du courant triphasé en courant continu.
Par A,B,C sont désignées les phases distinctes,munies chacune de leur valve montée en série Va,Vb,Vc ,a direction unique de passage de courant. En série avec les valves dis- tinctes est montéedans chaque phase une bobine de réaotanoe Da,Db,Do qui aplatit la forme de la courbe.Toutes les bobines de réactance, ou une partie de ces dernières ,peuvent dans ce cas être disposées sur un noyau de fer commun. De plus,chacu- ne des phases est munie d'un contact Sa,Sb,Sc monté en série avec la valve électrique correspondante,et ces contacts en sé- rie réalisent la commutation dans une suite telle qu'un courant redressé, ou de même direction, est obtenu dans le oonduoteur 10 commun à toutes les branches à valves. En outre, chaque valve est munie d'un conducteur en parallèle avec un contact(contact en parallèle) Pa,Pb,Pc.
Les contacts en série Sa,Sb,Sc des val- ves distinctes se recouvrent mutuellement au point de vue de leurs temps de fermeture de manière,que chaque contact en série distinct, et partant aussi la branche à valve correspondante est commutée ou couplée en parallèle par l'une des autres branches à valve,(est relayée), lors de l'ouverture du contact, de sorte que des courants compensateurs sont rendus possibles dans le circuit du courant continu,puisque ce dernier circuit n'est pas interrompu et que la formation d'étincelles aux contacts est é- vitée .Le fonctionnement ressort de la figure 4, dans laquelle sa,sb,so désignent les périodes de temps pendant lesquelles les contacts en série Sa,Sb,Sc sont fermés. De même, pa,pb,pc désignent les périodes de temps pendant lesquelles les contacts en paral- lèle Pa,Pb,Pc sont fermés.
Les contaots en parallèle sont ouverts à des moments de temps tels,que des courants compensateurs ne
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peuvent pas circuler entre les phases de courant alternatif.
En d'autres termes pendant l'intervalle de recouvrement des con- tacts en série les contacts enparallèles sont ouverts,ou inter- rompus, et de cette manière les valves électriques s'y rapportant sont en fonctionnement.
Par le déplacement, ou le décalage des moments de fermeture et d'ouverture de tous les contacts par rapport à la tension alternative amenée, respectivement à l'écoulement de cette der- nière dans le temps ,la tension fournie peut être réglée à volon- té,comme dans tous les transformateurs à contacts de l'espèce.
Par l'intercalation de dispositifs d'aplanissement on peut aussi réduire de la manière connue les pointes supérieures des courants transformés.
Lorsque le transformateur travaille avec (sur) une oontre-ten- sion,il y a danger que des courants de retour surgissent dans le circuit du courant continu. Dans la figure 3 une source de contre-tension de l'espèce est représentée sous forme d'une bat- terie K,mais d'autres souroes de contre-tensions peuvent entrer en question par exemple,des condensateurs,etc. Pour éviter des courants de retour de l'espèce,on peut intercaler dans la ligne 10 commune à toutes les branches à va.lves, une valve électrique Vg disposée de manière à laisser passer seulement le courant re- dressé,mais pas des courants de retour. Pour remplir cette tâche cette valve Vg doit être en circuit seulement pendant que les contacts Pa,Pb,Pc sont fermés.
Ceci est réalisé au moyen d'un contact Eg dans une ligne parallèle qui est fermée pendant que les contacts Pa,Pb,Pc sont ouverts, comme représenté dans la figure 4.
Pour la transformation d'un courant continu d'une tension donnée en un courant continu d'une autre tension on peut procéder de la manière suivante: d'abord le oourant continu est transfor- mé d'une manière convenable en courant alternatif qui est ensuite, aprés transformation à une autre tension,transformé à nouveau en courant continu suivant la présente invention.La figure 5 re- présente un schéma de montage pour cette transformation,pour du courant monophasé.
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Par a1,a0,a2,b1,b0,b2 sont désignés les contacts pour la transformation du courant continu primaire en courant monophasé qui passe par l'enroulement primaire du transformateur 2,et ainsi une tension alternative est créée dans l'enroulement secondaire duquel un courant redressé peut être dérivé, alternativement des deux moitiés de l'enroulement par l'intermédiaire d'un transfor- mateur à contacts suivant la nrésente invention.
Par V est dé- signée de nouveau la valve électrique qui est mise en et hors circuit par les contacts en série S1,S0,S2 et est court-ciroui- tée . l'aide des contacts en parallèle Pl,PO,P3. Ceux-ci sont un peu plus étroits(c'est à. dire qu'ils ferment un peu plus tard et ouvrent un peu plus tôt) que les contacts en série,pour agir de la manière indiquée.
Pour la transformation du courant alternatif d'une espèce en courant alternatif d'une autre espèce,on peut d'abord trans- former le oourant alternatif primaire suivant la présente inven- tion en courant cnntinu,et ensuite on transforme à nouveau le courant continu suivant l'une ou l'autre méthode connue, en cou- rant alternatif.
Il est a remarquer que les valves électriques V peuvent aussi être remplacées par des résistances ohmiques ou par des condensateurs(impédances). Les contacts en parallèle peuvent na- turellement court-oircuiter seulement les éléments redresseurs, ou aussi court-circuiter ces derniers simultanément avec les contacts en série,montés en série avec les dits éléments redresseurs.
Comme il a été déjà mentionné dans l'introduction de la pré- sente spécification,lévitement ou l'empêchement de la formation d'étincelles lors de la rupture de contact peut être amélioré de diverses manieres, par exemple par le montage en série de bobines de réactance et/ou de résistances ohmiques et par des condensa- teurs et/ou des résistances ohmiques montés en parallèle.
Une manière encore plus efficaoe pour éviter la formation d'étincelles consiste dans le fait qu'on crée dans les circuits renfermant les contacts en -oarallèle, respectivement dans des cir- cuits montés en parallèle avec les contacts en série,des forces
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électromotrices ou des tensions auxiliaires(tensions de commuta- tion) qui compensent les tensions provenant de la fermeture et de l'ouverture des contacts. Aussi lorsqu'il n'est pas possible de compenser complètement les tensions à. toutes les charges ,une compensation partielle aide néanmoins à éviter une formation nui- sible d'étincelles et dans ce qui suit seront décrit en détails différentes dispositions pour la compensation de ces tensions provenant de la fermeture et de l'ouverture des contacts.
La figure 6 représente une phase d'une disposition suivant l'invention,avec une valve électrique V en série, avec l'enrou- lement de phase A d'un système triphasé, du coté/secondaire du transformateur du redresseur de courant. En série avec la valve électrique 3L est monté un contact(contact en série) S, alors qu'un contact en parallèle P est monté en parallèle avec la val- ve électrique V.
Le diagramme de courant correspondant,se rapportent à, la phase représentée,est réprésenté dans la figure 7. Dans celle- ci s désigne le temps (par exemple I30 degrés électriques) pen- dant lequel le contact en série est fermé,de même que p dési- gne le temps (par exemple 100 degrés électriques),pendant lequel le contact en parallèle P est fermé. Les faces hachurées dési- gnent le courant passant par la valve électrique V et donnent ainsi la mesure des pertes de courant.
Les contacts P et 8 sont manoeuvrés ou commandés de manière convenable.
Il ressort clairement de la figure 7 qu'un courant impor- tant, de la grandeur d ,passe par les contacts en parallèle p au moment de leur ouverture. Par conséquent il se produit,en cas d'intensités de courant relativement grandes,une formation d'étin- celles ou d'aros voltarques et partant la disposition peut tre employée seulement que pour des effets modérés.
Pour diminuer ou complètement supprimer cette formation d'étincelles on peut monter un condensateur en série avec le contact en parallèle P, comme représenté dans la figure 8. Dans ce cas le condensateur 2 peut être intercalé soit directement dans le circuit en parallèle 20, comme représenté dans la figure 8 en li-
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gnes interrompues, ou le condensateur peut être intercalé par l'intermédiaire d'un transformateur 1. Ce transformateur augmen- te la tension au condensateur, de sorte que pour un même effet le condensateur peut êtreplus petit et partant meilleur marché.
On obtient de cette manière un diagramme de courant tel qu'il ressort de la figure 9.Aussitôt que le contact en parallèle P est fermé,le condensateur 2 commence à se charger. Le courant passant par la valve V change en même temps à peu près suivant la ligne e(qui peut aussi représenter la tension au condensateur).
Au moment où le contact en parallèle P est rompu le Condensateur 2 est franchement chargé et par conséquent aucun courant ne pas- se plus par le contact en parallèle P. Par conséquent ce dernier s'ouvre sans courant,de sorte qu'il n'y a point de formation d'étincelles. Cette disposition présente cependant le désavantage que, - suivant ce qui est représenté par les surfaces hachurées dans la figure 9, - la valve électrique V est traversée par un courant pendant un temps plus long,ce qui entraine des pertes de courant plus élevées qu'avec une disposition suivant, à titre comparatif,la figure 6.
Pour diminuer ces pertes de courant on peut employer un con- taot séparé P1, comme représenté dans la figure 10, qui court-cir- cuite le condensateur 2 pendant la majeure partie du temps durant lequel le contact P est fermé. Par conséquent,le contact Pl doit réaliser l'ouverture un peu plus tôt que le contact en parallèle P, mais il doit réaliser la fermeture simultanément avec, ou.aussi plus tôt que, ce contact en parallèle. Le temps pendant lequel le contact Pl est fermé,est désigné par p1 dans la figure II.
Dans la machine commandent les contacts il n'est pas nécessai- re d'avoir un excentrique séparé pour le contact Pl ,ce contact pouvant être actionné convenablement par l'excentrique de l'une des autres phases.
Le diagramme de courant ressort alors de la figure II. Ici, les pertes de courant deviennent considérablement plus petites, comparativement à la figure 9.
Au lieu du contact Pl commandé mécaniquement,on peut aussi @
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se servir de moyens électriques pour rendre le condensateur inopérant pendant le temps pl suivant la figure II. Ceci est réa- lisé par le fait qu'on munit le transformateur de courant 1 d'un enroulement ultérieur ¯3(figure 12), alimenté par une tension con- tinue, ou alternative,convenable. L'ensemble I,3 devient ainsi un dispositif appelé transducteur,donc un transformateur(ou une bobine de réaotanoe) à aimantation préliminaire. Pour obtenir l'effet désiré, le courant passant par l'enroulement d'aimantation 3 doit agir pendant le temps p1 suivant la figure Humais doit disparaître au moment K, avant que le contact en parallèle P ne réalise l'ouverture au moment L.
Le diagramme de courant reçoit dans ce cas le même aspect que dans la figure II. Pendant la pé- riode de temps ±(figure II) .durant laquelle un courant passe par l'enroulement 3,le transducteur subit une aimantation préa- lable et est par conséquent saturé. Oela signifie que l'impédan- ce du transformateur descend à une basse valeur, d'où la chute de tension dans l'enroulement primaire devient insignifiante. Du fait, l'enroulement secondaire ne reçoit pas non plus de tension digne d'être mentionnée,de sorte que le condensateur 2 ne subit pas de chargement ultérieur. Oe n'est qu'au moment où le courant pas- sant par l'enroulement 3 cesse, que le condensateur 2 reçoit la pleine tensioet est chargé.
Ainsi, l'enroulement 3,lorsqu'il est traversé par un courant,prive le transformateur de son induc- tanoe. Par conséquent le genre de fonctionnement de la disposition suivant la figure 12 est analogue à celui d'une disposition sui- vant la figure 10.
La tension pour l'alimentation de l'enroulement 3 du trans- ducteur peut être créée de différentes manières. Par exemple,on peut raccorder cet enroulement,suivant la figure 13, à des points intérieurs de l'enroulement primaire PR du transformateur du redresseur de courant tels que le courant dans l'enroulement 3 reçoive le déphasage nécessaire,pour que l'aimantation préliminaire du transducteur disparaisse au moment opportun. L'aimantation pré- liminaire doit être faible(environ 0) pendant la période f sui- vant la figure II,c'est à dire ,que le courant dans l'enroulement
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3 doit devenir environ 0 au point K de la figure II et doit res- ter à une telle valeur faible, au Moins jusqu'à -ooint L.
Le cou- rant de commande dans l'enroulement 3 du transducteur doit avoir à peu près la forme de courbe représentée dans la figure 13. Ce- ci peut être atteint par exemple au moyen d'une bobine de réactan- ce H qui possede une forte saturation et est intercalée dans le circuit 21 menant à l'enroulement d'aimantation 3.
Cependant,pour obtenir le même résultat, le courant de com- mande dans l'enroulement 3 peut aussi avoir la forme de courbe re- présentée dans la figure 14, où les parties situées sur l'axe du zéro commencent au moment K, Ceci peut être atteint par le fait,- représenté dans la. figure 15,- qu'une valve électrique EV est montée dans le circuit 21 du courant de commande, en série avec une résistance ohmique M, On peut utiliser à cet effet aussi un autre redresseur, par exemple un redresseur à contacts. L'ef- fet produit dans le circuit 21 est faible, de sorte que les exi- gences auxquelles doit suffire le redresseur EV sont faibles.
Le transformateur 1 peut être monté dans ce cas,comme dans tous les autres,en contre-couplage,
Au lieu de l'alimentation du transducteur à partir de points intérieurs des enroulements primaires PR,on peut alimenter l'enroulement .3. à partir d'un petit transformateur variable, alimen- té par exemple en parallèle avec l'enroulement primaire. Le cou- rant de commande pour le transducteur peut aussi être pris,comme représenté dans la figure 16 à un inverseur à contacts 22 possédant dans son circuit de courant alternatif le condensateur 23 monté en série.
Par l'emploi d'un condensateur en série correapondam- ment fort on peut/obtenir un diagramme de courant de l'aspect re- présenté dans la figure 13, donc, avec des parties horizontales relativement longues aux passages par zéro .
Il est aussi possible,comme représenté dans la figure 17,de munir le transducteur d'un aimant permanent, ou d'une alimentation permanente en courant continu de son Enroulement d'aimantation 31.
Dans ce cas on emploie en outre un enroulement à courant alternatif
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.µ3,dont le courant neutralise temporairement le magnétisme perma- nent ou l'aimantation préliminaire à courant continu. Le trans- ducteur possède donc deux enroulements d'aimantation(ou un enrou- lement d'aimantation à double alimentation). L'enroulement à courant alternatif 32 peut être alimenté dans ce cas par un in- verseur 22 possédant un condensateur 23 monté en série dans le circuit de courant alternatif. Dans ce cas le moment de fermeture de contact dans l'inverseur 22 est choisi de manière qu'il soit situé au point K suivant la figure II,ce qui peut être facilement obtenu.
Si l'on monte dans ce cas une résistance 24 en série avec le condensateur 23, on arrive à ce que le courant de commande pour 1'.enroulement 32 croisse plus rapidement,et décroisse plus lente- ment, que ce qui est représenté dans la figure 18. On arrive ain- si à ce que l'aimantation préliminaire du transducteur au point K (figure II) disparaisse rapidement, ce qui est avantageux.
On peut oependant exécuter la disposition aussi de manière que le condensateur 2 devienne superflu. On peut ,en effet, oom- me représenté dans la figure 19, monter une valve électrique au- xiliaire HV dans le circuit 20 monté en parallèle avec la valve électrique principale V. Dans le dit circuit 20 on intercale aussi une tension auxiliaire qui est déphasée de manière,par rap- port au courant passant par le redresseur principal V, qu'au mo- ment de l'ouverture du contact en parallèle aucun courant ne passe par ce dernier,malgré que le courant de travail(courant passant par la phase A) passe par le contact pendant des ma- jeures parties de temps (p),durant lesquelles le contact P est fermé, Cette tension auxiliaire peut être créée par exemple,
dans un enroulement 4 oonstituant par exemple l'enroulement secon- daire d'une autre branche du transformateur principal ou elle peut être créée aussi d'une autre manière.
Ce qui précède, se rapporte,en premier lieu à une hase dans un système polyphasé,et on n'a représenté que cette phase dans les figures .En même temps une seule valve électrique V
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était disposée dans chaque phase. On peut cependant obtenir des avantages importants par le fait que chaque phase secondaire est divisée en deux (ou plusieurs)branches, ou parties,et qu'une valve électrique est montée dans chaque branche,comme représenté dans les figures 20 à 22. Par une telle division ou un tel dé- doublement,des phases et l'emploi de plusieurs branches, avec des valves électriques dirigées en sens opposés,par phase, on arrive à ce que le transformateur et les valves sont mieux utilisés.
Pour un transformateur d'une grandeur déterminée l'effet secon- daire débité ou obtenu avec ce montage peut âtre plus grand qu'il en est autrement possible.Dans un système triphasé avec deux valves par phase,chaque valve électrique V est maintenue en air-. cuit pendant 120 degrés électriques,contrairement à seulement 60 degrés en cas de phases non divisées,si le courant continu dé- bité correspond dans chaque cas à. un redressement à six phases.
Malgré que le transformateur employé n'a que trois phases,aussi bien primairement que secondairement, on obtient par la division indiquée des phases un redressement à six phases,l'ondulation du courant continu débité étant correspondamment petite.
Avec des phases divisées de cette espèce on emploiera aussi bien des contacts en série que des contacts en parallèle comme décrits plus haut. Dans ce cas le contact en parallèle P peut être maintenu fermé pendant environ 100 degrés électriques et on a quand même une zone de sécurité de 10 degrés à l'ouverture et la fermeture des contacts.
Dans un système triphasé couplé de cette maniere et renfer- mant deux valves électriques par phase, au moins l'une des six valves électriques peut être toujours en circuit,en d'autres ter- mes, l'un des six contacts en parallèle P est toujours interrompu, ou ouvert.Cette disposition est particulièrement recommandable lorsqu'on travaille en contre-tension,car ainsi des courants de retour sont évités si la tension alternative devenait trop petite par rapport à la tension continue.
Les figures 20 à 22 représentent quelques exemples de dis- positions avec phases divisées. La figure 21 représente un exemple
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de réalisation pratique d'une disposition suivant la figure 20, les contacts en série et en parallèle formant ensemble dans la mê- me branche de phase étant disposés sur un pont commun. Suivant les figures 20 et 21 les contacts en parallèle P court-circui- tent seulement la valve électrique V.
Bien que ceci entraine le désavantage que du courant de travail (c'est à dire du courant passant par les enroulements à phases, par exemple,! et par le conducteur 41) doit passer aussi bien par le contact P que par le contact S de la branche de phase considérée, on arrive cepen- dant à ce que le courant passant par les dérivations 42,43 des pièces de contact mobiles 44 (ponts de contact,traverses) comman- dées directement par des excentriques,devienne plus faible qu'avec la disposition suivant la figure 22, dans laquelle le courant de travail doit passer uniquement par le contact en parallèle P.
Dans les figures 20 à 22 le chiffre de référ ence 40 dési- gne un transducteur suivant les figures 8,10,12,15,16 ou 17, res- pectivement un enroulement de tension auxiliaire suivant la fi- gure 19.
Dans le cas d'application de tensions élevées on rencontre aussi des difficultés lors de l'ouverture des contacts en série S, parce que déjà au rapprochement des éléments de contact l'un de l'autre,des décharges peuvent se produire. Pour éviter ce défaut et pour pouvoir appliquer des tensions plus élevées(et partant aussi des plus grandes puissances), on peut employer,comme repré- senté dans la figure 23, plusieurs contacts en série S1,S2,S3, montés en série et s'ouvrant et se fermant simultanément, une résistance de diviseur de tension,50,de grandeur correspondante, étant montée sur chaque contact en série. Le nombre des contacts en série, dépend naturellement de la tension appliquée.
Dans le cas de tensions élevées le travail ou l'effort des redresseurs V,V1,V2 croît également par le fait que ces derniers sont exposés à des différences de tension plus élevées. Pour éviter, ou pour diminuer, ces efforts et pour éviter les passages de courant par exemple dans des redresseurs à seo,on peut employer la disposition repré-
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sentée dans la figure 24. En série avec l'enroulement de phase
A, par exemple dans un système triphasé, est intercalé l'enrou- lement 51 d'un transformateur de courant 53,, dont l'autre earou- lement (l'enroulement primaire) 53 est alimenté,avec intercala- tion d'une résistance de grandeur correspondante 54,par un in- verseur 55,ou par une autre source de courant(par exemple un courant continu pulsatoire).
Le dit inverseur peut être un inver- seur à contacts qui est commandé par le même moteur que les con- tacts 12 et P disposés dans le redresseur principal. L'inverseur
55 est alimenté par un courant continu provenant d'une source de courant convenable. On peut aussi disposer du coté du courant alternatif de l'inverseur 55 un condensateur en série 56 avec un contact en parallèle P2 qui est ouvert peu avant que par zéro le courant alternatif passe par l'inverseur 55. Du fait le travail de l'inverseur est facilité. Le contact P2 est commandé par exem- ple par le même moteur que celui qui commande les contacts dans l'inverseur 55 et dans l'inverseur 22, ainsi que dans le redres- seur principal.
Le genre de fonctionnement de cette disposition ressort le mieux des diagrammes de tension suivant les figures 4 et 25.
La figure 4 représente,comme mentionné plus haut, un diagramme de tension pour les trois phases A,B,C dans un système suivant, par exemple,la figure 3 et la figure 6. Les tensions des phases sont désignées par a,b,c et les temps de fermeture des contacts en série et en parallèle correspondants sont marqués par sa,sb, sc,pa,pb,pc. Lorsqu'on suit une phase déterminée ,par exemple A, ayant la courbe a, on voit que la fermeture de son contact en série Sa soumet le redresseur à sec à, une tension différentielle g entre les tensions des Dhases a et ±,puisque le contact en série Sc se trouve en même temps en position fermée.
Au moment où les tensions de phases a et c sont égales,la tension au redresseur à sec disparait dans la phase A et ce redresseur à see est soumis de nouveau à une nouvelle différence de potentiel seulement aorès fermeture du contact en série Sb,la phase B étant ainsi mise en circuit. La différence de potentiel croît dans ce
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cas jusqu'àla valeur h et elle disparaît lorsque le contact en série Sa est ouvert, et que du fait la tension est coupée du re- dresseur dans la phase A. Oes différences de tension agissent dans la direction d'arrêt des éléments redresseurs et ne doi- vent pas dépasser la valeur maximum admissible de la tension d'ar- rêt de longue durée.
Elles représentent donc le travail ou l'ef- fort des valves dans la direction d'arrêt. Par conséquent la tension dans chaque redresseur reçoit la forme de courbe repré- sentée dans la figure 25.
Il s'agit à présent de compenser autant que possible ces chocs de tension en g et h par l'application de tensions diri- gées en sens opposé,par le transformateur 52 de la figure 24. Donc, l'inverseur 55(ou une autre source de courant) doit fournir au transformateur 52 une tension telle que les chocs de tension g et h soient neutralisés ou annulés. Les efforts de tension d'arrêt aux redresseurs Vl ,V2 sont du fait neutralisés partiellement, ou à peu près complètement,pendant les moments de temps durant lesquels les contacts en parallèle sont ouverts(pendant que les contacts en parallèle sont fermés les redresseurs ne sont soumis à aucune tension). Les différences de tension g et h et partant aussi les restes subsistant âpres leur compensation.dépendent de la grandeur de la tension de régime.
De cette manière on peut di- minuer pour une tension déterminée la grandeur des redresseurs à sec, ou appliquer pour une grandeur déterminée des redresseurs à sec une tension plus élevée à l'inverseur. Du reste,de ce fait la char- ge du circuit 20,41 des contacts en parallèle est aussi diminuée, puisque ce circuit est soumis à une chute de tension par les élé- ments redresseurs. Par le fait que celle-ci peut être diminuée, la chute de tension devient également plus petite. Par conséquent l'emploi d'une tension auxiliaire sur le transformateur 52,sui- vant la figure 24, sert simultanément à la diminution de la forma-
EMI17.1
tion d'étitcelles.respectivement de l'effort aux contacts en parallèles P et Pl.
On sait qu'un redresseur n'a pas une résistance,Infiniment grande dans le sens de l'arrêt,mais laisse toujours passer un peu de courant de retour et aussi bien le courant de retour que la
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charge des éléments redresseurs provoquée par lui sont diminués par la compensation des différences de tensions g et h.
Comme il ressort le mieux de la figure 4,les contacts en série Sa,Sb,Sc réalisent l'ouverture et la fermeture aux valeurs de tension g ou h(qui sont de grandeur égale en cas de symétrie de phases). Cette tension(ou son reste après compensation) donne lieu à des courants de retour dans les redresseurs V,V1,V2. Ce cou- rant de retour peut provoquer la formation d'étincelles ou d'arcs voltaïques aux contacts en série.
Pour l'éviter on peut suivant la figure 26 disposer parallè- lement aux contacts en série S un condensateur 60. Ce condensa- teur peut être intercalé,de même que dans la figure 8,par l'inter- médiaire d'un transformateur.
Pour limiter le courant de décharge de ce condensateur,qui s'établit à la fermeture des contacts en série, on peut aussi intercaler un transducteur 61 en série avec le condensateur 60.
Dans ce cas le transducteur est maintenu sous courant(aimanté) jusqu'à peu avant la fermeture du contact en série. Le condensa- teur 60 se décharge dans ce cas par le circuit de courant renfer- mant une inductance d'une grandeur considérable. Par contre,lors du chargement du condensateur(ouverture des contacts en série)le transducteur est maintenu saturé, de sorte que son inductance est insignifiante.
Il est à remarquer qu'avec les redresseurs à sec le courant de retour croit plus rapidement que la tension d'arrêt qui l'en- gendre, parce que la caractéristique, du courant de retour n'est pas linéaire. Cependant,le courant de retour fortement amplifié ou agrandi, que l'on obtient lorsqu'on soumet les redresseurs à seo à leur tension d'arrêt maximum admissible peutêtre bien frel- né par l'emploi d'une disposition suivant la figure 26.
Aussi sous d'autres rapports,les dispositions décrites pour les contacts en parallèle peuvent être employées pour les con- tacts en série.
Dans les exemples d'exécution représentés,on a fait figurer
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le plus souvent des systèmes triphasés,mais l'invention peut être appliquée à des systèmes d'un rapport de phases quelconque.Suivant la figure 24 on obtient aux bornes de courant continu la polarité désignée par LS.
Lorsqu'on alimente ce dispositif non pas avec du courant alternatif,mais, au lieu de ce dernier,avec du courant continu d'une polarité changée,aux bornes de courant continu,comme indiqué entre parenthèses par VS dans la figure 24, on peut employer le dispositif comme inverseur. Dans ce cas des chocs ou sautes de courant de l'inverseur 55 doivent se produire avant la fermeture du contact en série suivant, SA, SB, SC, voir figure 4,o'est à dire aux, ou près des,points G et H, suivant la figure 4. La tension alternative créée est ainsi enlevée des phases A,B ...
Le principe consiste donc en ce qu'un choc de tension,res- @ pectivement de courant,est appliqué à chaque phase,par exemple A, peu avant que son contact en série SA ne soit ouvert,ce choc de tension ou de courant étant dirigé contre la ou les valves d'arrêt disposées dans la phase(respectivement contre leur direction d'arrêt),de sorte que le contact en série puisse être ouvert sans courant. Ce choc de tension,respectivement de courant,peut être pris dans ce cas d'une source de courant séparée ou d'une autre phase, ou des deux. De plus ce choc de tension,respectivement de courant,est rendu un peu plus fort que la tension ou le oourant existant en ce moment dans la phase,de sorte qu'au moment de l'ouverture du contact en série,la ou les valves électriques sont soumises à une tension d'arrêt.
La figure 27 représente un exemple d'exécution. A côté d'un transformateur d'e courant 51 à 53 disposé dans chaque phase et alimenté par un inverseur auxiliaire 55 relativement petit ou par une autre source de courant,on trouve dans chaque phase un autre transformateur de courant 71 dont un enroulement 70 est intercalé dans la phase, et dont l'autre enroulement 72 est intercalé dans une phase voisine. De cette manière on parvient à ce que l'inverseur auxiliaire 55 n'a qu'à fournir seulement un travail insignifiant. Les choce de courant essentiels sont fournis par le transformateur de courant 71.
Lestransducteurs peuvent être à deux ou à plusieurs branches.
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Le montage, ou le couplage,suivant la figure 27 peut être appliqué à la génération de courant monophasé ou polyphasé.En cas de courant monophasé on peut réunir les deux transformateurs de courant 71 en un seul,
REVENDICATIONS ==============================
I) Transformateur travaillant au moyen de contacts mobiles combinés avec des valves électriques et/ou impédances,caractérisé en ce qu'une ou plusieurs paires de contacts sont montées en sé- rie et une ou plusieurs paires de contacts sont montées en paral- lèle avec les valves,ces contacts en série et ces contacts en parallèle étant actionnés synchroniquement avec le courant alter- natif et dans une suite temporaire déterminée.
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"CONTAOTS TRANSFORMER".
The present invention relates to a transformer working by means of oscillating, or vibrating, or otherwise movable contacts for the transformation of alternating current into direct current, or direct current into alternating current, or direct current into direct current, or of direct current into direct current. alternating current of one frequency into alternating current of another frequency, in the latter case via a rectifier circuit (direct current circuit).
In transformers of this species there is often the formation of etinoelles. In the past, various methods have been employed to reduce this formation of sparks. Thus, for example, Mills has the reactance coils with highly saturated iron cores, in series with the contacts, while Thury has the
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capacitors, and Rolf valves or electric valves, in parallel with the said contacts. In addition, it is generally known to couple relatively small ohmic resistors (Lamme) in series with the contacts during contact breaking, and to couple relatively large resistors (Arnold la Cour) in parallel with said contacts.
The present invention suppresses the formation of sparks in a novel way. Namely, the object of the invention is a contact transformer working with alternating current, with valves or electric valves and / or impedances mounted partially in series and partially in parallel with the contacts of the transformer. By the fact that one or more pairs of contacts are connected in series and one or more pairs of contacts in parallel with the valves and that these contacts are actuated synchronously with the admitted alternating current, in a temporary succession. As determined, it is possible to break the contacts at times such that no sparking is obtained.
For example, we can coordinate the breakages of the contacts so that the separate series contacts, belonging to the stop valves, and succeeding each other in the temple (that is to say relaying each other), are closed. simultaneously during a certain mutual overlap or overlap interval, and that the parallel contacts belonging to the same valves are open during this mutual overlap interval.
The invention offers the possibility of constructing transformers with contacts also for very large powers *,
The accompanying drawings represent by way of non-limiting examples different embodiments of arrangements according to the invention.
Figure I schematically represents the transformation of single-phase alternating current into direct current, while
Figure 2 shows a current diagram, explaining the mode of operation.
Figure 3 shows schematically the transformation of
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thiphase current in direct current, while
Figure 4 shows a voltage diagram.
FIG. 5 represents a diagram of application of the invention to the transformation of direct current ,,
Figure 6 shows a simple assembly diagram or. coupling for one phase in a three-phase system.
Figure 7 shows a current diagram for the arrangement according to figure 6.
FIG. 8 represents an arrangement according to the invention with a capacitor mounted in series with the contacts in parallel.
Figure 9 shows a current diagram for the arrangement according to figure 8.
Figure 10 shows an improved modification of the arrangement shown in Figure 8.
Figure II shows a current diagram for the arrangement shown in Figure 10.
FIG. 1e represents yet another type of improved execution with contactless control (inductive by means of transducers.
Figure 13 shows a diagram of the transduotor control current according to Figure 12.
Figure 14 shows another suitable current diagram for the transducer drive current.
FIG. 15 shows a circuit diagram for a modification of an arrangement according to the invention, with a control current according to FIG. 14.
Figure 16 shows a further modification, with a contact reverser to provide the drive current for the transducer.
FIG. 17 shows a circuit diagram of an alternative embodiment with a contact changeover to supply the control current of the transducer, having double magnet windings.
Figure 18 is a current diagram of the alternating current driving the transducer, for an arrangement as shown in Figure 17.
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Figure 19 shows a circuit diagram for an arrangement according to the invention, with an auxiliary voltage to prevent the formation of voltaic arcs and sparks on contact in parallel.
Figures 6 to 19 relate to a phase in a polyphase system (eg three phase current).
FIG. 20 represents a circuit diagram for a three-phase current rectifier according to the invention, with double rectifiers in each phase and with contacts in series after the contacts in parallel.
Figure 21 is a plan view of an arrangement as shown in Figure 20.
FIG. 22 shows a circuit diagram for an alternative embodiment of an arrangement according to FIG. 20, with contacts in series before the contacts in parallel.
FIG. 23 represents a circuit diagram for one phase in an arrangement according to the invention with several contacts in series coupled in cascade.
Figure 24 shows a circuit diagram for one phase in an arrangement according to the invention with a special alternating voltage to decrease the work of the seo rectifiers.
Figure é (represents a voltage curve of the differential voltage applied to the rectifying elements in one phase.
FIG. 26 shows an embodiment with a transducer for the series contact.
FIG. 27 represents an inverter according to the invention.
In figure I, which represents the assembly or coupling in principle for the transformation of a single-phase current into a direct current, the rectifier valve (for example a dry rectifier) is designated by V and supplies a current consumer F. In series with the valve V is mounted the contact S. and in parallel with the valve y the contact P. The contacts S and P can be actuated depending on the supplied alternating current, following the timing diagram shown in figure 2.
The serial contacts are dis-
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placed in this case in such a way that they perform the breaking after the entry of the negative half-wave and the closing before the end of the negative half-wave, so that the valve is switched off during part of the half-wave shutdown voltage, while the contacts? located in the parallel line (con- taots in parallel) are so arranged that they produce the closure after the beginning of the positive half-wave and that they produce the opening before the end of the positive half-wave , - so that, during part of the half-wave of the working current, the current circulates parallel to the valve, therefore passing next to, or bypassing the latter.
As can be seen from FIG. 3, the switching of the S and P contacts can be carried out shortly before and shortly after the current has passed through zero, so that the valves are only switched on in the vicinity of the zero passages. These operating periods are indicated in figure 2 by hatching.
Thus the losses in the activated valves are reduced to a minimum by the fact that they are short-circuited during a part of the half-wave of the working current, possibly during a major part of this half-wave, by a practically lossless parallel line (conductor). During the part, possibly also the major part, of the half-wave of the stop voltage, the valves are completely switched off, because as such they have no current to conduct. Therefore the valves can be subjected and arranged only at or for a small effective current, respectively at or for a small stop voltage.
For the flattening of the shape of the curve of the currents to be switched it is possible to have reactance coils D provided with iron cores which are highly saturated under a normal current, the contacts producing the switching in the flattened part of the curve during the current crossing through zero, so that the currents to be switched are only insignificant. These reactance coils can be connected in series with the valves, but since it is in the first line the half-wave of the working current
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which must be flattened, these reactance coils can also be arranged in parallel lines or conductors.
FIG. 3 represents a circuit diagram for a transformer with contacts according to the invention, for the transformation of three-phase current into direct current.
By A, B, C are designated the separate phases, each provided with their valve mounted in series Va, Vb, Vc, a single direction of current flow. In series with the separate valves is mounted in each phase a reactance coil Da, Db, Do which flattens the shape of the curve. All the reactance coils, or part of them, can in this case be arranged on a common iron core. In addition, each of the phases is provided with a contact Sa, Sb, Sc mounted in series with the corresponding electric valve, and these contacts in series carry out the switching in a sequence such as a rectified current, or of same direction, is obtained in the oonduoteur 10 common to all the branches with valves. In addition, each valve is provided with a conductor in parallel with a contact (parallel contact) Pa, Pb, Pc.
The series contacts Sa, Sb, Sc of the separate valves overlap each other in terms of their closing times so that each separate series contact, and hence also the corresponding valve branch, is switched or coupled in parallel. by one of the other valve branches, (is relayed), when the contact is opened, so that compensating currents are made possible in the direct current circuit, since this last circuit is not interrupted and that the formation of sparks at the contacts is avoided. The operation emerges from FIG. 4, in which sa, sb, so denote the periods of time during which the series contacts Sa, Sb, Sc are closed. Likewise, pa, pb, pc denote the periods of time during which the parallel contacts Pa, Pb, Pc are closed.
Parallel contaots are open at such times that compensating currents do not
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cannot flow between the alternating current phases.
In other words during the overlap interval of the series contacts the parallel contacts are opened, or broken, and in this way the electric valves relating thereto are in operation.
By moving or shifting the closing and opening moments of all the contacts with respect to the supplied alternating voltage, respectively to the flow of the latter over time, the supplied voltage can be adjusted as desired. tee, as in all contact transformers of this species.
By inserting flattening devices it is also possible to reduce the upper peaks of the transformed currents in the known manner.
When the transformer is working with (over) a counter-voltage, there is a danger that reverse currents will arise in the direct current circuit. In figure 3 a source of counter-voltage of the kind is shown in the form of a battery K, but other sources of counter-voltages can come into question, for example, capacitors, etc. In order to avoid return currents of the species, it is possible to insert in the line 10 common to all the va.lves branches, an electric valve Vg arranged so as to allow only the rectified current to pass, but not return. To fulfill this task this valve Vg must be on only while the contacts Pa, Pb, Pc are closed.
This is achieved by means of an Eg contact in a parallel line which is closed while the Pa, Pb, Pc contacts are open, as shown in figure 4.
For the transformation of a direct current of a given voltage into a direct current of another voltage, one can proceed as follows: first the direct current is transformed in a suitable way into alternating current which is then, after transformation to another voltage, transformed again into direct current according to the present invention. FIG. 5 shows a circuit diagram for this transformation, for single-phase current.
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By a1, a0, a2, b1, b0, b2 are designated the contacts for the transformation of the primary direct current into single-phase current which passes through the primary winding of transformer 2, and thus an alternating voltage is created in the secondary winding of which rectified current can be derived alternately from the two halves of the winding by means of a contact transformer according to the present invention.
By V is denoted again the electric valve which is switched on and off by the series contacts S1, S0, S2 and is short-circuited. using the contacts in parallel Pl, PO, P3. These are a little narrower (ie they close a little later and open a little earlier) than the serial contacts, to act as shown.
For the transformation of the alternating current of one species into the alternating current of another species, one can first transform the primary alternating current according to the present invention into direct current, and then the direct current is transformed again. according to one or another known method, using an alternating current.
It should be noted that the electric valves V can also be replaced by ohmic resistors or by capacitors (impedances). The contacts in parallel can naturally short-circuit only the rectifying elements, or also short-circuit the latter simultaneously with the contacts in series, connected in series with the said rectifying elements.
As already mentioned in the introduction to the present specification, the avoidance or prevention of the formation of sparks during contact breakage can be improved in various ways, for example by the series connection of coils. reactance and / or ohmic resistors and by capacitors and / or ohmic resistors connected in parallel.
An even more effective way to avoid the formation of sparks consists in the fact that one creates in the circuits containing the contacts in parallel, respectively in circuits connected in parallel with the contacts in series, forces
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electromotive or auxiliary voltages (switching voltages) which compensate for the voltages coming from the closing and opening of the contacts. Also when it is not possible to fully compensate the voltages at. all the loads, a partial compensation nevertheless helps to avoid a harmful formation of sparks and in what follows will be described in detail various arrangements for the compensation of these voltages coming from the closing and opening of the contacts.
FIG. 6 represents a phase of an arrangement according to the invention, with an electric valve V in series, with the phase winding A of a three-phase system, on the / secondary side of the transformer of the current rectifier. In series with the electric valve 3L is mounted a contact (series contact) S, while a parallel contact P is mounted in parallel with the electric valve V.
The corresponding current diagram, referred to, the phase represented, is shown in figure 7. In this one denotes the time (for example I30 electrical degrees) during which the series contact is closed, as well as p denotes the time (eg 100 electrical degrees), during which the parallel contact P is closed. The hatched faces designate the current flowing through the electric valve V and thus give the measurement of the current losses.
Contacts P and 8 are operated or controlled in a suitable manner.
It is clear from FIG. 7 that a large current, of the magnitude d, passes through the contacts in parallel p when they open. Consequently, in the event of relatively large current intensities, a formation of voltaric sparks or aros occurs and the arrangement can therefore be used only for moderate effects.
To reduce or completely suppress this formation of sparks, a capacitor can be mounted in series with the parallel contact P, as shown in figure 8. In this case the capacitor 2 can be inserted either directly in the parallel circuit 20, as shown in figure 8 in li-
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gnes interrupted, or the capacitor can be interposed through a transformer 1. This transformer increases the voltage to the capacitor, so that for the same effect the capacitor can be smaller and hence cheaper.
In this way, a current diagram is obtained as shown in Figure 9. As soon as the parallel contact P is closed, the capacitor 2 begins to charge. The current flowing through the valve V changes at about the same time along line e (which can also represent the voltage at the capacitor).
At the moment when the contact in parallel P is broken, the Capacitor 2 is fully charged and consequently no current is lost through the contact in parallel P. Consequently the latter opens without current, so that it does not there is no formation of sparks. However, this arrangement has the disadvantage that, - according to what is represented by the hatched surfaces in FIG. 9, - the electric valve V is traversed by a current for a longer time, which leads to higher current losses than with a following arrangement, for comparison, figure 6.
To reduce these current losses, a separate switch P1 can be used, as shown in FIG. 10, which bypasses capacitor 2 for most of the time during which contact P is closed. Consequently, the contact P1 must open a little earlier than the parallel contact P, but it must close simultaneously with, or as soon as, this contact in parallel. The time during which the contact P1 is closed is designated by p1 in figure II.
In the machine controlling the contacts it is not necessary to have a separate eccentric for the contact P1, this contact being able to be actuated suitably by the eccentric of one of the other phases.
The current diagram then emerges from FIG. II. Here the current losses become considerably smaller compared to Figure 9.
Instead of the mechanically controlled Pl contact, we can also @
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to use electrical means to make the capacitor inoperative during the time pl according to figure II. This is achieved by providing the current transformer 1 with a subsequent winding ¯3 (figure 12), supplied by a suitable direct or alternating voltage. The assembly I, 3 thus becomes a device called a transducer, therefore a transformer (or a reotanoe coil) with preliminary magnetization. To obtain the desired effect, the current passing through the magnetization winding 3 must act for the time p1 according to the figure Humais must disappear at the moment K, before the parallel contact P does the opening at the moment L.
The current diagram in this case has the same aspect as in figure II. During the ± time period (Figure II) during which a current passes through winding 3, the transducer undergoes prior magnetization and is therefore saturated. This means that the transformer impedance drops to a low value, hence the voltage drop in the primary winding becomes insignificant. As a result, the secondary winding also does not receive a voltage worthy of mention, so that the capacitor 2 does not undergo further charging. It is only when the current flowing through winding 3 ceases that capacitor 2 receives full voltage and is charged.
Thus, the winding 3, when it is crossed by a current, deprives the transformer of its inductano. Therefore the kind of operation of the arrangement according to Figure 12 is analogous to that of an arrangement according to Figure 10.
The voltage for supplying the winding 3 of the transducer can be created in various ways. For example, one can connect this winding, according to figure 13, to internal points of the primary winding PR of the transformer of the current rectifier such that the current in the winding 3 receives the necessary phase shift, so that the preliminary magnetization of the transducer disappears at the appropriate time. The preliminary magnetization must be weak (about 0) during the period f following figure II, that is, the current in the winding
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3 must become approximately 0 at point K in figure II and must remain at such a low value, at least until -ooint L.
The control current in the winding 3 of the transducer should have approximately the shape of a curve shown in figure 13. This can be achieved for example by means of a reactance coil H which has a high saturation and is interposed in the circuit 21 leading to the magnetization winding 3.
However, to achieve the same result, the driving current in winding 3 can also have the shape of a curve shown in figure 14, where the parts on the zero axis start at moment K. can be achieved by the fact, - represented in the. FIG. 15, - that an electric valve EV is mounted in the control current circuit 21, in series with an ohmic resistor M, another rectifier can also be used for this purpose, for example a contact rectifier. The effect produced in the circuit 21 is small, so that the requirements to which the rectifier EV must suffice are low.
The transformer 1 can be mounted in this case, as in all the others, in counter-coupling,
Instead of feeding the transducer from points inside the primary windings PR, the winding can be powered. 3. from a small variable transformer, supplied for example in parallel with the primary winding. The control current for the transducer can also be taken, as shown in Fig. 16, from a contact changeover 22 having in its AC circuit capacitor 23 connected in series.
By the use of a correspondingly strong series capacitor one can obtain a current diagram of the appearance shown in Fig. 13, therefore, with relatively long horizontal portions at zero crossings.
It is also possible, as shown in figure 17, to provide the transducer with a permanent magnet, or with a permanent direct current supply of its magnetization winding 31.
In this case, an alternating current winding is also used.
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.µ3, the current of which temporarily neutralizes the permanent magnetism or the preliminary direct current magnetization. The transducer therefore has two magnet windings (or a dual power magnet winding). The alternating current winding 32 can be supplied in this case by an inverter 22 having a capacitor 23 connected in series in the alternating current circuit. In this case the contact closing moment in the inverter 22 is chosen so that it is located at point K according to FIG. II, which can be easily obtained.
If in this case a resistor 24 is mounted in series with the capacitor 23, it is possible that the control current for the winding 32 increases more rapidly, and decreases more slowly, than what is shown in FIG. 18. This leads to the fact that the preliminary magnetization of the transducer at point K (FIG. II) quickly disappears, which is advantageous.
However, the arrangement can also be executed in such a way that the capacitor 2 becomes superfluous. It is in fact possible, as shown in FIG. 19, to mount an auxiliary electric valve HV in the circuit 20 mounted in parallel with the main electric valve V. In said circuit 20 an auxiliary voltage is also inserted which is phase-shifted so, with respect to the current flowing through the main rectifier V, that when the parallel contact opens, no current flows through the latter, although the working current (current flowing through the phase A) passes through the contact for major parts of time (p), during which the contact P is closed, This auxiliary voltage can be created for example,
in a winding 4, for example, constituting the secondary winding of another branch of the main transformer or it can also be created in another way.
The above relates, first of all, to a base in a polyphase system, and only this phase has been shown in the figures. At the same time a single electric valve V
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was arranged in each phase. However, important advantages can be obtained by the fact that each secondary phase is divided into two (or more) branches, or parts, and that an electric valve is mounted in each branch, as shown in Figures 20 to 22. By a such division or such a doubling of the phases and the use of several branches, with electric valves directed in opposite directions, by phase, one arrives so that the transformer and the valves are better used.
For a transformer of a given size the secondary effect discharged or obtained with this assembly may be greater than is otherwise possible.In a three-phase system with two valves per phase, each electric valve V is kept in air. -. fired for 120 electrical degrees, unlike only 60 degrees in the case of undivided phases, if the direct current discharged corresponds in each case to. a six-phase recovery.
Although the transformer employed has only three phases, both primarily and secondarily, by the indicated division of the phases a six-phase rectification is obtained, the ripple of the supplied direct current being correspondingly small.
With divided phases of this kind, both series contacts and parallel contacts will be employed as described above. In this case the parallel contact P can be kept closed for about 100 electrical degrees and there is still a safety zone of 10 degrees when the contacts open and close.
In a three-phase system coupled in this way and containing two electric valves per phase, at least one of the six electric valves may always be on, in other words, one of the six contacts in parallel P is always interrupted, or open. This arrangement is particularly advisable when working in counter-voltage, because return currents are thus avoided if the alternating voltage becomes too small compared to the direct voltage.
Figures 20 to 22 show some examples of arrangements with divided phases. Figure 21 shows an example
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practical embodiment of an arrangement according to FIG. 20, the contacts in series and in parallel forming together in the same phase branch being arranged on a common bridge. According to figures 20 and 21, the contacts in parallel P short-circuit only the electric valve V.
Although this entails the disadvantage that the working current (i.e. current flowing through the phase windings, for example,! And through the conductor 41) must pass both through the P contact and through the S contact of the phase branch considered, it is however possible that the current passing through the branches 42,43 of the movable contact parts 44 (contact bridges, sleepers) controlled directly by eccentrics, becomes weaker than with the arrangement according to figure 22, in which the working current must pass only through the contact in parallel P.
In figures 20 to 22 the reference numeral 40 denotes a transducer according to figures 8,10,12,15,16 or 17, respectively an auxiliary voltage winding according to figure 19.
In the case of the application of high voltages, difficulties are also encountered when opening the S series contacts, because already when the contact elements are brought together, discharges can occur. To avoid this fault and to be able to apply higher voltages (and also from the highest powers), it is possible to use, as shown in figure 23, several contacts in series S1, S2, S3, connected in series and s. 'opening and closing simultaneously, a voltage divider resistor, 50, of corresponding magnitude, being mounted on each contact in series. The number of contacts in series, naturally depends on the applied voltage.
In the case of high voltages, the work or force of the rectifiers V, V1, V2 also increases due to the fact that the latter are exposed to higher voltage differences. To avoid, or to reduce, these forces and to avoid the passage of current, for example in seo rectifiers, the arrangement shown can be used.
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shown in figure 24. In series with the phase winding
A, for example in a three-phase system, is interposed the winding 51 of a current transformer 53 ,, of which the other coil (the primary winding) 53 is supplied, with the interposition of a resistance of corresponding magnitude 54, by an inverter 55, or by another current source (for example a pulsating direct current).
Said inverter can be a contact inverter which is controlled by the same motor as the contacts 12 and P arranged in the main rectifier. The inverter
55 is supplied by a direct current coming from a suitable current source. It is also possible to have on the alternating current side of the inverter 55 a series capacitor 56 with a parallel contact P2 which is open shortly before zero the alternating current passes through the inverter 55. Due to the work of the inverter is facilitated. Contact P2 is controlled, for example, by the same motor as that which controls the contacts in the inverter 55 and in the inverter 22, as well as in the main rectifier.
The kind of operation of this arrangement is best seen from the tension diagrams according to Figures 4 and 25.
Figure 4 shows, as mentioned above, a voltage diagram for the three phases A, B, C in a following system, for example, Figure 3 and Figure 6. The phase voltages are denoted by a, b, c and the corresponding series and parallel contact closure times are marked by sa, sb, sc, pa, pb, pc. When we follow a determined phase, for example A, having the curve a, we see that the closing of its series contact Sa subjects the dry rectifier to a differential voltage g between the voltages of Dhases a and ±, since the Sc series contact is at the same time in the closed position.
When the phase voltages a and c are equal, the voltage at the dry rectifier disappears in phase A and this see rectifier is again subjected to a new potential difference only after closing of the series contact Sb, the phase B thus being switched on. The potential difference increases in this
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case up to the value h and it disappears when the series contact Sa is opened, and due to this the voltage is cut from the rectifier in phase A. The voltage differences act in the stopping direction of the rectifier elements and must not exceed the maximum permissible value of the long-term shutdown voltage.
They therefore represent the work or effort of the valves in the stop direction. Therefore the voltage in each rectifier receives the curve shape shown in figure 25.
It is now a question of compensating as much as possible these voltage shocks in g and h by the application of voltages directed in the opposite direction, by the transformer 52 of figure 24. Therefore, the inverter 55 (or a other current source) must supply the transformer 52 with a voltage such that the voltage shocks g and h are neutralized or canceled. The stopping voltage forces at the rectifiers Vl, V2 are therefore neutralized partially, or almost completely, during the moments of time during which the contacts in parallel are open (while the contacts in parallel are closed, the rectifiers are not subjected to no tension). The voltage differences g and h, and hence also the remainders after their compensation, depend on the magnitude of the operating voltage.
In this way it is possible to reduce the size of the dry rectifiers for a given voltage, or apply a higher voltage to the inverter for a given size of the dry rectifiers. Moreover, because of this, the load of the circuit 20, 41 of the contacts in parallel is also reduced, since this circuit is subjected to a voltage drop by the rectifying elements. By the fact that this can be reduced, the voltage drop also becomes smaller. Consequently, the use of an auxiliary voltage on the transformer 52, according to FIG. 24, simultaneously serves to decrease the training.
EMI17.1
tion of etitcelles.respectively of the force at the parallel contacts P and Pl.
We know that a rectifier does not have a resistance, infinitely large in the direction of the stop, but always allows a little return current to pass and both the return current and the
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load of the rectifying elements caused by it are reduced by the compensation of the voltage differences g and h.
As can be seen best from FIG. 4, the series contacts Sa, Sb, Sc perform the opening and closing at the voltage values g or h (which are of equal magnitude in the case of phase symmetry). This voltage (or its remainder after compensation) gives rise to return currents in the rectifiers V, V1, V2. This return current can cause sparks or voltaic arcs to form at the series contacts.
To avoid this, according to FIG. 26, a capacitor 60 can be placed parallel to the series contacts S. This capacitor can be interposed, as in FIG. 8, by means of a transformer.
To limit the discharge current of this capacitor, which is established when the contacts in series close, it is also possible to insert a transducer 61 in series with the capacitor 60.
In this case the transducer is kept under current (magnetized) until shortly before the series contact closes. The capacitor 60 is discharged in this case through the current circuit containing an inductance of considerable magnitude. On the other hand, during the charging of the capacitor (opening of the contacts in series) the transducer is kept saturated, so that its inductance is insignificant.
It should be noted that with dry rectifiers the return current increases more rapidly than the stop voltage which generates it, because the characteristic of the return current is not linear. However, the greatly amplified or enlarged return current which is obtained when subjecting seo rectifiers to their maximum allowable shutdown voltage can be well exceeded by the use of an arrangement according to figure 26.
Also in other respects the arrangements described for parallel contacts can be used for series contacts.
In the embodiments shown, we have shown
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most often three-phase systems, but the invention can be applied to systems of any phase ratio. According to figure 24 we obtain at the direct current terminals the polarity designated by LS.
When this device is supplied not with alternating current, but, instead of the latter, with direct current of a changed polarity, at the direct current terminals, as indicated in brackets by VS in figure 24, we can use the device as an inverter. In this case shocks or current surges of the inverter 55 must occur before the closing of the next series contact, SA, SB, SC, see figure 4, ie at or near points G and H, according to figure 4. The created alternating voltage is thus removed from phases A, B ...
The principle therefore consists in that a voltage shock, respectively current, is applied to each phase, for example A, shortly before its contact in series SA is opened, this voltage or current shock being directed against the stop valve (s) arranged in the phase (respectively against their stop direction), so that the series contact can be opened without current. This voltage shock, respectively current, can be taken in this case from a separate current source or another phase, or both. In addition, this voltage shock, respectively current, is made a little stronger than the voltage or current existing at the moment in the phase, so that when the series contact is opened, the valve (s) electrics are subjected to a stop voltage.
FIG. 27 represents an example of execution. Beside a current transformer 51 to 53 arranged in each phase and supplied by a relatively small auxiliary inverter 55 or by another current source, there is in each phase another current transformer 71 of which a winding 70 is interposed in the phase, and the other winding 72 of which is interposed in a neighboring phase. In this way it is achieved that the auxiliary inverter 55 only has to provide insignificant work. The essential currents are supplied by the current transformer 71.
The transducers can be two or more branched.
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The assembly, or the coupling, according to figure 27 can be applied to the generation of single-phase or polyphase current. In the case of single-phase current, the two current transformers 71 can be combined into one,
CLAIMS ===============================
I) Transformer working by means of movable contacts combined with electric valves and / or impedances, characterized in that one or more pairs of contacts are mounted in series and one or more pairs of contacts are mounted in parallel with the valves, these contacts in series and these contacts in parallel being actuated synchronously with the alternating current and in a determined temporary sequence.