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REGULATEUR DE LA TENSION AUX FAIBLES CHARGES DES REDRESSEURS A VAPEUR DE MER- -CURE MUNIS d'UN TRANSFORMATEUR INTERPHASE.
La présente invention est relative aux redresseurs à vapeur de mercure alimentés par des transformateurs dont les circuits secondaires sont couplés en étoiles complexes, présentant deux points neutres, ces derniers étant réunis en- tre eux par un enroulement de transformateur dit "interphase" ou d Absorption,
On sait que la caractéristique tension-intensité de ces redresseurs présente, pour les faibles intensités inférieures à une intensité critique, une allure fortement tombante, c'est-à-dire qu'il y a des surtensions appréciables lorsque les circuits d'utilisation sont faiblement chargés.
Dans les redresseurs industriels, utilisant des transformateurs hexa- phases double étoile, on observe, pour des intensités débitées décroissant de la charge critique (environ 1% de la pleine charge), à zéro, une élévation de ten- sion allant de zéro à 15% de la tension nominale.
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z Pour éviter cet inconvénient, il est de pratique courante de maintenir sur le réseau à courant continu, une charge minimum égale à la charge critique ou encore de brancher cette charge sur le réseau, au moyen d'un contacteur, lorsque le courant débité devient inférieur à l'intensité critique.
Ces deux procèdes conduisent à une perte appréciable d'énergie, l'en ploi du oontacteur n'évitant d'ailleurs pas les surtensions en cas de chute d'inten- site par suite d'une certaine inertie dans le fonctionnement du contacteur.
La présente invention a pour but de maintenir sensiblement constante la tension fournie par les redresseurs à vapeur de mercure munis de transformateurs interphases, sans perte appréciable d'énergie.
La variation de la tension aux faibles charges est due à la variation de la f.e.m. aux bornes du transformateur interphase, qui croît de zéro à une va.- leur "critique" (lorsque la charge elle-même passe de zéro à sa valeur critique) et qui amène progressivement le temps de débit de chaque anode de 1/6 à Y3 de pé- riode. La Société demanderesse propose d'utiliser cette f.e.m. de self pour ré- ajuster la tension fournie par le redresseur aux faibles charges.
L'objet principal de la présente invention est donc de présenter un redresseur dont la tension débitée est réglé par les forces électromotrices pre- nant naissance dans le transformateur interphase.
Un autre objet de l'invention est de régler la tension débitée par le redresseur en utilisant, après redressement, la tension alternative, de fréquence triple de celle du réseau, apparaissant aux bornes de la bobine interphase, éven- tuellement modifiée par un transformateur, soit pour ajouter une polarisation po- sitive croissante (jusqu'au point critique) à une tension alternative hexaphasée contrôlant les grilles, soit pour avancer la phase d'une telle tension hexaphasée en chargeant la self d'un circuit déphaseur.
On comprendra mieux les avantages et les caractéristiques nouvelles de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accom- pagnent donnés simplement à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels : .. la fig.l représente schématiquement un dispositif, répondant au but de la présente invention par adjonction d'une polarisation positive, croissant rapi- dement avec la charge (jusqu'au point critique), à une tension alternative hexaphasée, contrôlant les grilles;
- la fig.2, cas A et cas B, sont des schémas explicatifs du fonctionnement du dispositif de la fig.l;
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- la fig.3 représente schématiquement un dispositif, répondant au but de la pré- sente invention par déphasage progressif en avant de la tension alternative hexaphasée contrôlant les grilles, la phase primitive de cette tension étant choisie de façon à provoquer, à vide, un retard d'allumage de 30 (de même que dans le cas de la fig.l.
A la fig,l, on a représenté un redresseur à vapeur de mercure 1, dont les anodes, telles que 2, sont alimentées en courant alternatif par les deux secon- daires partiels 3 & 4 d'un transformateur dont le primaire n'est pas représenté.
Les neutres des deux secondaires partiels sont reliés, de la manière connue, par le transformateur interphase 5, dont me point milieu est relié au pôle négatif 6 du réseau à courant continu, la cathode 7 du redresseur étant reliée au pôle positif 8 de ce même réseau.
Les anodes 2 du redresseur 1 sont munies de grilles de contrôle, telles que 9, soumises chacune, en plus de la tension alternative fournie à travers les résistances 12 par les secondaires 13 d'un transformateur, dont le primaire n'est pas représenté, au même potentiel continu, celui du point 10 par rapport à la cuve 11, La différence de potentiel entre les points 10 & 11 est la somme algébri- que de la tension constante négative V , par rapport à la cuve, apparaissant aux bornes de la génératrice 14 à courant continu et de la tension variable positive apparaissant aux bornes de la résistance ohmique 15, Cette dernière, shuntée par une capacité 16 d'égalisation de la tension, est alimentée à travers les redresseurs 17 & 18 par le secondaire 21 du transformateur 19 ;
leprimaire 20 de ce dernier est alimenté par la tension alternative, de fréquence triple de celle du réseau, appa- raissant aux bornes de la bobine interphase 5, dès que le redresseur débite, cette tension croissant avec le courant débité jusqu'au point critique. La capacité 22 est utilisée pour étouffer la composante continue de tension.
On sait que, lorsque le redresseur ne débite pas, aucune tension n'appa- raît aux bornes du transformateur interphase et le système est un hexaphasé pur; dans ce cas, chaque anode peut s'allumer, si la grille est positive à ce moment, au point situé à 30 de l'axe de symétrie de la partie positive de la sinusoïde représentative de la tension anodique correspondante; lorsque le redresseur débi- te, une tension apparaît aux bornes du transformateur interphase et, à partir du point critique, le système se comporte comme un double triphasé ; ce cas, cha- que anode peut s'allumer, si la grille est positive à ce moment, au point situé à 60 de l'axe de symétrie de la sinusoïde représentative de la tension anodique correspondante.
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Le fonctionnement du dispositif de la fig.l sera expliqué maintenant en @ se rapportant à la fig.2, cas A & B, où la courbe a apportée à ltaxe N représente la tension d'une anodes par rapport au centre de l'étoile correspondante (du secon- daire du transformateur alimentant le redresseur) et la courbe g, rapportée à l'axe C,la tension entre le point 10 et la grille de l'anode susmentionnée. La même courbe -g-, rapportée à l'axe N, représente le potentiel de grille par rapport à la cuve (point 11). Le cas A Correspond au fonctionnement à vide, le cas B à une charge supérieure ou égale à la valeur critique.
Lorsque le courant débité est nul, aucune tension n'apparaît aux bornes de l'interphase et une tension V, négative par rapport à la cuve, est appliquée au point 10 ; cette tension V est bien choisie (voir fig.2-A), la tension de grille ne devient positive qu'à l'axe de symétrie; l'anode ne peut donc s'allumer qu'avec un retard de 30 par rapport à l'allumage normal, et la tension moyenne aux bornes du redresseur est diminuée de ce fait.
Lorsque le redresseur débite un courant progressivement croissant jusqu'à la valeur critique, une tension croissante apparaît aux bornes de l'interphase, ain- si qu'aux bornes de la résistance 15. La tension continue négative appliquée aux grilles diminue donc graduellement. L'instant d'allumage de l'anode se rapproche donc progressivement de l'allumage normal, qui a lieu maintenant à 60 de l'axe de symétrie .± et, une fois passé le point critique, la situation est celle représentée au das B, où la grille est positive lorsque l'anode peut devenir conductrice. Dans ce das, la tension moyenne est la tension maximum qu'il est possible d'obtenir en charge.
On remarque cependant que l'on pourrait choisir les valeurs de ! et de la résistance 15 pour qu'au point critique, l'allumage de l'anode ait encore lieu avec un certain retard par rapport à l'allumage normal, de manière à ce que 1' progressive de l'allumage, après le point critique, puisse corriger la diminution progressive de la tension après le point critique et la maintenir constante,
La fig. 3 représente un autre dispositif, objet de l'invention,, dans lequel le déphasage de la tension de grille se fait d'une autre manière; les éléments similaires ont été désignés par les mornes numéros de référence que dans la fig.l.
Seul, le circuit d'alimentation de deux grilles, alimentées par des enroulements en opposition, a été représenté, les autres circuits d'alimentation des autres groupes de grilles en opposition étant similaires. Les grilles considérées sont alimentées en tension en forme d'ondes pointues, à travers les résistances 12 et les redresseurs respectifs 23 & 24 par le secondaire 26 du transformateur ......
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saturable 25 ;
le primaire 27 de ce transformateur est alimenté par l'un des secon daires 28 du transformateur d'alimentation des grilles, à traders une résistance 29 et un circuit déphaseur analogue à celui revendiqué dans le brevet belge 392.278 déposé, par la Société demanderesse, le 14 novembre 1932 pour "Perfectionnements aux moyens de commander le passage de l'énergie entre un circuit à courant alternatif et un circuit à courant continu" (4me perfectionnement au brevet principal 349.518 du 9 mars 1928). Ce circuit déphaseur comprend une résistance 30 et une inductance 31 à circuit magnétique saturable, sur lequel est bobiné l'enroulement 32 à courant continu.
Cet enroulement 32 est alimenté à travers les redresseurs 18 par la tension apparaissant aux bornes du secondaire 21 du transformateur 19, dont le primaire est alimenté à travers la capacité 22 par la tension apparaissant aux bornes de ltenrou- lement interphase 5.
Le rôle de l'inductance 31 est, comme il est expliqué dans le brevet men- tionné plus hauts de déphaser en arrière, par rapport à la tension d'alimentation, la tension apparaissant entre les points A & B, laquelle est appliquée à travers la ré- sistance 29, au primaire 27 du transformateur 25. Lorsque le circuit magnétique de l'inductance 31 se sature, la self devient très faible et la tension apparaissant entre les points A & B n'est plus que très peu déphasée par rapport à la tension d'alimentation.
La génératrice 14 à courant continu fournit aux grilles, de façon similai- re à la génératrice correspondante de la fig.l, une tension négative V1 par rapport à la cuve.
La tension de grille est déphasée en arrière, par rapport à la tension de l'anode correspondante, par l'action du circuit déphaseur mentionné plus haut, et,, pour des valeurs bien choisies de la tension V1 et de l'inductance 31, l'anode ne peut s'allumer qu'avec un retard de 30 par rapport à l'allumage normal, et la ten- sion moyenne débitée est abaissée par rapport au fonctionnement normal à vide. Lors* que le redresseur débite des intensités croissantes, la tension appliquée à la grill est progressivement déphasée en avant par rapport à sa phase primitive par l'action du circuit déphaseur et l'instant d'allumage est avancé de ce fait.
Avec un choix adéquat du rapport de transformation du transformateur 19 et du nombre de spires de la bobine de saturation 32, on obtiendra une avance de 60 de 1 "instant d'allumage lorsque la charge atteindra sa valeur critique.
Un grand avantage, présenté par le dispositif de la fig.3, de déphasage de la tension appliquée aux grilles, est que ces dernières sont polarisées néga tivement par suite de l'action de la génératrice 14 durant les périodes pendant
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lesquelles les anodes correspondantes sont négatives, ce qui réduit considérable- ment les possibilités de retour d'arc. De plus, l'emploi des redresseurs, tels que 23 & 24, supprime les pointes de tension négatives inutiles, fournies par les transformateurs, tels que 25.
En cas de retour d'arc, un dispositif de blocage par les grilles est prévu analogue à celui revendiqué par la Société demanderesse dans son brevet belge 388.593 déposé le 19 mai 1932 pour "Perfectionnements aux dispositifs et tubes élc- triques à vapeur" , Ce dispositif comporte un tube redresseur 33, du type Thyrat. présentant une cathode 34, une grille 35 et une anode 36 d'une génératrice à courant continu 37, débitant une tension V2, dont le pôle négatif est relié au pale négatif de la génératrice 14. La cathode 34 est reliée à la cuve du redresseur, en 11, et la grille 35 est reliée à la cathode 7 du redresseur par l'intermédiaire de la ré- sistance 38, les circuits de la cathode et de la grille étant reliés par la capacit 39 de stabilisation.
Lors d'un retour d'arc, la cuve devenant négative par rapport à la cathode, le tube 33 est rendu conducteur, la génératrice 37 applique aux gril- les une tension de base fortement négative par rapport à la cuve 1. Pour réamorcer le redresseur, il suffit de pousser un instant sur le bouton* poussoir 64.
Un tel dispositif de blocage par les grilles, en cas de retour d'arc, peut être également utilisé avec le schéma de la fig.l.
On voit donc que les dispositifs présentés par l'invention atteignent tous le but proposé, à savoir la réduction de la tension débitée par un redresseur à vapeur de mercure aux faibles charges, sans perte appréciable d'énergie.
Bien que l'on ait décrit et représenté plusieurs formes de réalisation de l'invention, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à ces formes particu- lières, données simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère restrictif et que, par conséquent, toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus, rentreraient comme elles dans le cadre du présent brevet.-
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LOW LOAD VOLTAGE REGULATOR FOR SEA STEAM RECTIFIERS EQUIPPED WITH AN INTERPHASE TRANSFORMER.
The present invention relates to mercury vapor rectifiers supplied by transformers whose secondary circuits are coupled in complex stars, having two neutral points, the latter being joined together by a so-called "interphase" or Absorption transformer winding. ,
It is known that the voltage-current characteristic of these rectifiers presents, for low currents below a critical current, a strongly falling pattern, that is to say that there are appreciable overvoltages when the user circuits are weakly charged.
In industrial rectifiers, using double star hexaphase transformers, a voltage rise ranging from zero to 15 is observed for currents decreasing from the critical load (about 1% of full load) to zero. % of nominal voltage.
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z To avoid this drawback, it is common practice to maintain on the direct current network, a minimum load equal to the critical load or to connect this load to the network, by means of a contactor, when the current drawn becomes less than the critical intensity.
These two processes lead to an appreciable loss of energy, the use of the oontactor moreover not avoiding overvoltages in the event of a drop in intensity as a result of a certain inertia in the operation of the contactor.
The object of the present invention is to maintain substantially constant the voltage supplied by the mercury vapor rectifiers provided with interphase transformers, without appreciable loss of energy.
The variation in voltage at low loads is due to the variation of the f.e.m. at the terminals of the interphase transformer, which increases from zero to a "critical" value (when the load itself goes from zero to its critical value) and which gradually brings the flow time of each anode from 1/6 to Period Y3. The Applicant Company proposes to use this f.e.m. of inductor to readjust the voltage supplied by the rectifier at low loads.
The main object of the present invention is therefore to present a rectifier whose voltage output is regulated by the electromotive forces originating in the interphase transformer.
Another object of the invention is to adjust the voltage supplied by the rectifier by using, after rectification, the alternating voltage, with a frequency three times that of the network, appearing at the terminals of the interphase coil, possibly modified by a transformer, either to add an increasing positive polarization (to the critical point) to a six-phase alternating voltage controlling the gates, or to advance the phase of such a six-phase voltage by charging the choke of a phase-shifting circuit.
The advantages and new features of the invention will be better understood by referring to the following description and to the accompanying drawings, given simply by way of non-limiting example and in which: FIG. 1 represents schematically a device, meeting the object of the present invention by adding a positive polarization, increasing rapidly with the load (up to the critical point), at a six-phase alternating voltage, controlling the gates;
- Fig.2, case A and case B, are explanatory diagrams of the operation of the device of fig.l;
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- Fig. 3 schematically represents a device, meeting the aim of the present invention by progressive phase shifting forward of the six-phase alternating voltage controlling the gates, the primitive phase of this voltage being chosen so as to cause, when empty, a ignition delay of 30 (as in the case of fig.l.
In fig, 1, there is shown a mercury vapor rectifier 1, the anodes of which, such as 2, are supplied with alternating current by the two partial secondaries 3 & 4 of a transformer whose primary is not not shown.
The neutrals of the two partial secondaries are connected, in the known manner, by the interphase transformer 5, the midpoint of which is connected to the negative pole 6 of the direct current network, the cathode 7 of the rectifier being connected to the positive pole 8 of the same. network.
The anodes 2 of the rectifier 1 are provided with control grids, such as 9, each subjected, in addition to the alternating voltage supplied through the resistors 12 by the secondaries 13 of a transformer, the primary of which is not shown, at the same continuous potential, that of point 10 with respect to tank 11, The potential difference between points 10 & 11 is the algebraic sum of the constant negative voltage V, with respect to the tank, appearing at the terminals of the generator 14 with direct current and the positive variable voltage appearing at the terminals of ohmic resistor 15, The latter, shunted by a voltage equalizing capacitor 16, is supplied through rectifiers 17 & 18 by the secondary 21 of the transformer 19;
the primary 20 of the latter is supplied by the alternating voltage, at a frequency three times that of the network, appearing at the terminals of the interphase coil 5, as soon as the rectifier delivers, this voltage increasing with the current drawn up to the critical point. The capacitor 22 is used to quench the DC voltage component.
We know that, when the rectifier is not delivering, no voltage appears at the terminals of the interphase transformer and the system is a pure hexaphase; in this case, each anode can ignite, if the gate is positive at this moment, at the point situated at 30 from the axis of symmetry of the positive part of the sinusoid representative of the corresponding anode voltage; when the rectifier outputs, a voltage appears at the terminals of the interphase transformer and, from the critical point, the system behaves like a double three-phase; In this case, each anode can ignite, if the gate is positive at this moment, at the point located at 60 from the axis of symmetry of the sinusoid representative of the corresponding anode voltage.
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The operation of the device of fig. 1 will now be explained with reference to fig. 2, case A & B, where the curve a brought to the axis N represents the voltage of an anodes with respect to the center of the star corresponding (of the secondary of the transformer supplying the rectifier) and the curve g, referred to the axis C, the voltage between point 10 and the grid of the aforementioned anode. The same curve -g-, referred to the N axis, represents the gate potential with respect to the tank (point 11). Case A corresponds to no-load operation, case B to a load greater than or equal to the critical value.
When the current delivered is zero, no voltage appears at the terminals of the interphase and a voltage V, negative with respect to the tank, is applied at point 10; this voltage V is well chosen (see fig. 2-A), the gate voltage only becomes positive on the axis of symmetry; the anode can therefore only ignite with a delay of 30 compared to normal ignition, and the average voltage at the terminals of the rectifier is thereby reduced.
When the rectifier delivers a progressively increasing current up to the critical value, an increasing voltage appears at the terminals of the interphase, as well as at the terminals of resistor 15. The negative DC voltage applied to the gates therefore gradually decreases. The instant of ignition of the anode therefore gradually approaches the normal ignition, which now takes place at 60 from the axis of symmetry. ± and, once past the critical point, the situation is that shown above. B, where the grid is positive when the anode can become conductive. In this case, the mean voltage is the maximum voltage that it is possible to obtain under load.
We notice however that we could choose the values of! and resistor 15 so that at the critical point the ignition of the anode still takes place with a certain delay with respect to the normal ignition, so that the gradual ignition, after the point critical, can correct the gradual decrease in voltage after the critical point and keep it constant,
Fig. 3 shows another device, object of the invention, in which the phase shift of the gate voltage takes place in another way; similar elements have been designated by the dull reference numbers as in fig.l.
Only the supply circuit of two grids, supplied by opposing windings, has been shown, the other supply circuits of the other groups of opposing grids being similar. The gates considered are supplied with voltage in the form of sharp waves, through the resistors 12 and the respective rectifiers 23 & 24 by the secondary 26 of the transformer ......
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saturable 25;
the primary 27 of this transformer is supplied by one of the secon daries 28 of the grid supply transformer, with a resistor 29 and a phase shifter circuit similar to that claimed in Belgian patent 392,278 filed by the applicant company, the November 14, 1932 for "Improvements to the means of controlling the passage of energy between an alternating current circuit and a direct current circuit" (4th improvement to main patent 349,518 of March 9, 1928). This phase shifter circuit comprises a resistor 30 and an inductor 31 with a saturable magnetic circuit, on which the DC winding 32 is wound.
This winding 32 is supplied through the rectifiers 18 by the voltage appearing at the terminals of the secondary 21 of the transformer 19, the primary of which is supplied through the capacitor 22 by the voltage appearing at the terminals of the interphase winding 5.
The role of the inductor 31 is, as it is explained in the patent mentioned above to phase shift backwards, with respect to the supply voltage, the voltage appearing between the points A & B, which is applied across. the resistance 29, to the primary 27 of the transformer 25. When the magnetic circuit of the inductor 31 becomes saturated, the inductor becomes very weak and the voltage appearing between points A & B is only very slightly out of phase with respect to to the supply voltage.
The direct current generator 14 supplies the gates, similarly to the corresponding generator of FIG. 1, with a negative voltage V1 with respect to the tank.
The gate voltage is phase shifted back, with respect to the voltage of the corresponding anode, by the action of the phase shifter circuit mentioned above, and ,, for well chosen values of the voltage V1 and of the inductance 31, the anode can only ignite with a delay of 30 compared to normal ignition, and the average voltage delivered is lowered compared to normal no-load operation. When * the rectifier delivers increasing currents, the voltage applied to the grill is progressively phase-shifted forward with respect to its primitive phase by the action of the phase-shifter circuit and the ignition instant is thereby advanced.
With an adequate choice of the transformation ratio of the transformer 19 and of the number of turns of the saturation coil 32, an advance of 60 of 1 "instant of ignition will be obtained when the load reaches its critical value.
A great advantage, presented by the device of FIG. 3, for phase shifting the voltage applied to the gates, is that the latter are negatively polarized as a result of the action of the generator 14 during the periods during
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which the corresponding anodes are negative, which considerably reduces the possibilities of arc return. Additionally, the use of rectifiers, such as 23 & 24, eliminates unnecessary negative voltage spikes, provided by transformers, such as 25.
In the event of an arc return, a device for blocking by the screens is provided similar to that claimed by the Applicant Company in its Belgian patent 388,593 filed on May 19, 1932 for "Improvements to electric steam devices and tubes", Ce device comprises a rectifier tube 33, of the Thyrat type. having a cathode 34, a grid 35 and an anode 36 of a direct current generator 37, delivering a voltage V2, the negative pole of which is connected to the negative blade of the generator 14. The cathode 34 is connected to the tank of the rectifier , at 11, and the grid 35 is connected to the cathode 7 of the rectifier by means of the resistor 38, the circuits of the cathode and of the grid being connected by the stabilization capacitor 39.
During an arc return, the tank becoming negative with respect to the cathode, the tube 33 is made conductive, the generator 37 applies to the grills a base voltage that is strongly negative with respect to the tank 1. To restart the rectifier, it suffices to push button * 64 for a moment.
Such a locking device by the grids, in the event of an arc return, can also be used with the diagram of fig.l.
It can therefore be seen that the devices presented by the invention all achieve the proposed goal, namely the reduction of the voltage delivered by a mercury vapor rectifier at low loads, without appreciable loss of energy.
Although several embodiments of the invention have been described and shown, it is obvious that one does not wish to be limited to these particular forms, given merely by way of example and without any restrictive character and that , consequently, all the variants having the same principle and the same object as the provisions indicated above, would fall like them within the framework of the present patent.