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DISPOSITIF DOUBLEUR DE FREQUENCE REALISE A L'AIDE DE BOBINES d'
INDUCTANCE MAGNETISEES AU PREALABLE.
Il est connu qu'une tension, composée principalement d'harmoniques d'ordre deux de la tension est appliquée dans l'enroulement d'excitation de bobines d'inductance connectées en série (voir figure 1) Ce dispositif con- siste en deux noyaux annulaires Kl et K2 dont les enroulements Pl et P2 sont alimentés sous une tension alternative de 50 Hz par exemple. Les enroulements Gl et G2 sont parcourus dans le même sens par un courant continu fourni par la batterie B. On recueille alors aux enroulements Al et A2 connectés en sé- rie dans le même sens une tension alternative de 100 Hz dont la valeur effi- cage pour un rapport de transformation Pl/Gl = 1 et P2/G2 1 est approxima- tivement la même que celle de la tension alternative primaire.
Les noyaux annulaires Kl et K2 sont composés de matériaux magné- tiques dont la caractéristique de magnétisation atteint déjà la saturation même pour les valeurs peu élevées du champ magnétique, et ne croit plus lors- que l'intensité de champ augmente. Ces noyaux'annulaires sont magnétisés de telle sorte par le courant continu débité par la batterie B que le flux maxi- mum.est déjà atteint. Si l'on applique alors une tension alternative U aux enroulements Pl et P2 un flux alternatif se superpose au flux continu.
Les figures 2 et 3 montrent ce qui se passe dans les noyaux annu- laires Kl et K2.
Pendant la lère demi-période,. la magnétisation due au courant al- ternatif est de même sens que la magnétisation due au courant continu dans le noyau annulaire Kl; dans le noyau annulaire K2 au contraire, ces deux ma- - gnétisations sont opposées. Etant donné que du fait de la saturation du noyau annulaire Kl produite par le courant continu, un accroissement du flux ne peut plus se produire, le flux alternatif pl l dans le noyau Kl est nul.
La tension partielle Ul aux bornes de l'enroulement Pl du noyau Kl doit être nulle éga- lement de sorte que la pleine tension apparait aux bornes de l'enroulement P2 du noyau K2 Pendant la deuxième demi-période, la magnétisation due au courant alternatif est dirigée dans le noyau annulaire K2 dans'le mêmee sens que la magnétisation due au courant continu et en sens contraire dans le noyau annulaire K1 Le flux alternatif 11 et par conséquent la tension partielle
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U II aux bornes de l'enroulement 1'2 du noyau annulaire K2 sont donc nuls;
la pleine tension apparait donc aux bornes de l'enroulement Pl du noyau annulai- re k1
Les tensions partielles UI et UII, lesquelles apparaissent égale- ment dans les enroulements Al et A2 s'additionnent du fait de la mise en sé- rie de ces deux enroulements (figo 4) On obtient donc comme tension résul- tante une tension G2 d'une fréquence de 100 Hz.
Pour séparer cette tension alternative U2 des enroulements à cou- rant continu Pl et P2 ou des enroulements supplémentaires Al et A2, de manié- re à pouvoir l'utiliser, il est nécessaire de l'empêcher de se court-circui- ter dans le circuit à courant continu. On obtient ce résultat soit en intro- duisant une inductance supplémentaire X dans le circuit à courant continu, soit en y mettant un circuit bouchono
Ce dispositif d'arrêt donne lieu à une complication assez grande étant donné qu'il doit être magnétisé au préalable en courant continu. De plus ce dispositif connu présente l'inconvénient de ne changer le réseau d'a- limentation que sur une seule phase, alors que dans la plupart des cas, une répartition égale de la charge sur le réseau triphasé d'alimentation serait plus avantageuse.
L'invention remédie aux deux inconvénients cités ci-dessus, c'est- à-dire la nécessité d'un dispositif d'arrêt supplémentaire et la charge dis- symétrique du réseau. L'invention concerne un dispositif doubleur de fréquen- ce utilisant des inductances magnétisées au préalable et caractérisé par le fait que l'alimentation se fait à partir d'un réseau triphasé, et que le cou- plage des enroulements primaires d'excitation ainsi que la relation de phase des tensions qui y sont appliquées sont choisis de telle sorte que la tension résultante des courants de fréquence double induits dans l'enroulement courant continu est nulle.
Les figures 5 et 6 montrent deux exemples de réalisation de l'in- vention dans le but d'engendrer une tension monophasée ayant une fréquence double de celle du réseau.
Les enroulements primaires de ces deux exemples de réalisation sont encore représentés aux figures 7 et 8.
Sur les figures 9 et 10 sont représentés des schémas explicatifs.
La figure 11 montre une modification des exemples de réalisation selon les figures 5 et 6.
Les figures 12 et 13 représentent deux exemples de réalisation de l'invention en vue d'engendrer une tension triphasée ayant une fréquence double de celle du réseau.
Dans la figure 5 les trois phases du réseau sont désignées par R.S.T. On a prévu deux jeux 1 et II des bobines d'inductance magnétisées au préalable. Chacun de ces deux jeux étant constitué comme représenté à la fi- gure 1, les mêmes notations de référence sont utilisées, celles se rapportant au jeu II de bobine d'inductance étant simplement affectée d'un indice "prime".
Les enroulements en courant continu de tous les noyaux annulaires sont connectée en série dans le même sens et raccordés à la batterie B. Les enroulements de sortie de même, sont tous connectés en série, bien que les enroulements Al et A2 du jeu ? I soient bobinés en sens inverse des enroule- ments courant continu correspondants Gl et G2.
Les enroulements primaires Pl et P2 et P'1 et P'2 sont raccordés au réseau selon le montage Scott qu'ils chargent donc symétriquement puisque les courants de magnétisation des trois phases sont égaux. Tandis que les enroulements primaires Pl et P2 du groupe ? 1 les enroulements primaires P'l et P'2 du groupe ? II ayant un nombre de spires 5 fois plus grand- @ 2 sont raccordés à la phase T ainsi quau milieu d'un diviseur de tension induc- tif P lequel est raccordé entre les phases-R et S
La tension alternative appliquée aux bornes des enroulements pri-
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maires Pl et P2 est de ce fait déphasée de 90 par rapport à la tension appli- quée aux bornes des enroulements P'1 et P'2.
Comme le montre la figure 7, le courant JII qui parcourt les in- ductances grâce à l'emploi du diviseur de tension P et du raccordement en opposition des enroulements primaires Pl et P2 se subdivise en deux composan- tes égales traversant le-diviseur de tension.et se compense dans chacune des inductances., du jeu n I .
Dans l'exemple d'exécution selon la figure 6 (dont le schéma est le même que celui de l'exemple correspondant à la figure 5). le jeu de bobi- nes d'inductance I est utilisé directement comme diviseur de tension, et est conçu de telle sorte que le courant J II, qui., à partir du point A se divi- se en deux intensités égales vers R et S (voir figure 8) soit compensé dans chacune des bobines d'inductance partielle du jeu I.
Ce résultat s'obtient par exemple en utilisant une disposition telle que représentée- aux figures 6 ou 8 dans lequelles l'enroulement primaire courant alternatif du jeu I est divisé en quatre sections égales P1 P2 et H1 H2, lesquelles sont connectées de telle manière que chacun des courants partiels J II doivent traverser cha- cune des inductances du jeu I comme le montre les figures 6 et 8 Dans la figure 8. le sens d'enroulement des différents bobinages est indiqué par les lettres "r" et"1" (right et left).
En variante à ce schéma (aussi bien pour la figure 5 que pour la figure 6) les sections Al et A2 des enroulements des inductances du jeu I peuvent être connectées en parallèle avec les sections A'l et A'2 du jeu II au lieu de l'être en série. Cette variante est représentée à la figure 9.
Dans la figure 10, la courbe UII représente la tension alternative appliquée aux enroulements Pl et P2 du jeu II, et la courbe UIII la ten- sion alternative appliquée aux bornes des enroulements primaires P'l et P'2 du jeu II, laquelle tension est déphasée de 90 par rapport à la précédente.
La courbe U21 représente l'harmonique 2 de la tension UII, et la courbe U2II représente l'harmonique 2 de la tension UII, Comme ces harmoniques d'ordre deux ont une fréquence double de celles des tensions primaires correspondan- tesles explications données pour le cas des figures 1à 4 ne nécessitent pas d'autres commentaires.
L'harmonique d'ordre 2 U2II dans le jeu d'inductance 2 est dépha- sé électriquement de '2x 90 soit 180 'par rapport à l'harmonique d'ordre 2 U2I du jeu d'inductance 1 Il n'intervient donc pas dans l'enroulement cou- rant continu et par conséquent une inductance supplémentaire X ou un circuit d'arrêt tel que-utilisé dans les réalisations conformément à la figure 1 n'est plus nécessaire.
Comme les enroulements secondaires Al et A2 du jeu I sont antagonistes et que les enroulements A'1 et A'2 du jeu II sont concordants, les tensions partielles des harmoniques d'ordre 2 s'ajoutent algébriquement comme représenté à la figure 11 dans laquelle les tensions des enroulements primaires des jeux I et II déphasées l'une par rapport à l'autre de 90 sont à nouveau désignées par Ul I et Ul 11,et dans laquelle les courbes des ten- sions partielles U2 1 et U2 II s'additionnant sont représentées comme ayant une fréquence double de celle du réseauo Lorsque l'enroulement secondaire est chargé., l'action en retour sur l'enroulement primaire de chacun des deux jeux est également répartie, comme dans le cas de raccordements monophasés séparés.
Les valeurs efficaces des courants de chacune des phases du réseau triphasé d'alimentation sont par conséquent les mêmes. Le transformateur de fréquence., conforme à 1'invention, tel qu'on vient de le d0crire, lequel en plus de sa fonction de changeur de fréquences constitue également un transfor- mateur triphasé monophasé peut trouver.avantageusement emploi comme transfor- mateur de soudure, ou transformateur de four, de même qu'un transformateur de soudure il possède une réactance interne élevée et peut par conséquent ê- tre utilisé directement pour la soudure électrique à l'arc en courant alter- natif.
L'intensité du courant de court-circuit est proportionnelle au courant continu de magnétisation préalable et peut par conséquent se régler facilement. Les transformateurs de fréquence de ce genre, conforme à l'inven- teion peuvent également s'employer avec avantage comme générateur de tension.
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pour les installations de soudure par résistance et pour les fours de fusions d'autant plus que leur puissance nominale peut se réduire fortement en prévoyant une chàrge capacitive supplémentaire du côté secondaire (condensateur C de la figure 5) et le facteur de puissance considérablement amélioréo Grâce à la magnétisation préalable en courant continus il devient possible de réali- ser par des moyens simples une autorégulation continue et progressive de ces installations.
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Conformément à une autre réalisation de l'invention., le disposi- tif conforme à l'invention peut être également utilisé pour engendrer un cou- rant triphasé ayant une fréquence double de celle du réseau d'alimentation.
Si on utilise trois jeux d'inductances magnétisées au préalable, couplés en étoile ou en triangle et que l'on couple les enroulements secondaires en trian- gle, et les enroulements courant continu en une sorte de triangle ouvert, la tension résultante des harmoniques d'ordre 2 dans l'enroulement courant con- tinu est de nouveau nulle.
Les figures 12 et 13 représentent deux exemples d'exécution d'un tel schéma ; dansces figures les trois jeux de bobines d'inductances sont dé- signés respectivement par 1 II, III; les enroulements correspondants primai- res, secondaires et courant continu de même que les noyaux respectifs sont affectés des mêmes indices, comme dans les figures précédentes, de plus, pour déterminer le sens d'enroulement de chacun des bobinages, ceux-ci comportent sur le schéma une lettre "r" (droit) ou "1" (gauche).
Aussi bien dans la fi- gure 12 que dans la figure 13 les enroulements secondaires A1 A'1 A2 - A2' et A3 - A3' dont les bornes sont désignées par U,V et W, sont uplés en triangle et les enroulements courant continu Gl - G2 @ etc. sont couplés en une sorte de triangle ouvert.
Les enroulements primaires au contraire sont connectés différemment: dans la figure 12 en effet les enroulements primaires Pl - P2 @ été sont couplés en triangle, leurs bornes R.S.T. étant connectées au réseau triphasé tandis'que dans la figure 13 elles sont connectées en étoi- les; il s'ensuit que les enroulements sont raccordés par leurs bornes extrê- mes R.S et T aux phases de même nom du réseau triphasée tandis que les autres bornes extrêmes X.Y et Z sont raccordées ensemble au point neutre 0 de l'étoi- le.
Les angles de phase des tensions primaires sont 0 C, 120 et 2400; ceux des tensions secondaires correspondantes sont deux fois plus grands, c'est- à-dire 0 C,240 et 480 , ou 0 , 2400 et 1200. Il se forme donc également des tensions de fréquence doublée.? constituant un système triphasé symétrique.
Un tel dispositif peut être utilisé, par exemple, en liaison avec des conden- sateurs, comme doubleur de fréquence statique pour des moteurs triphasés à grande vitesse, tels qu'on les emploie par exemple dans les machines à bois.