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TRANSFORMATEUR STATIQUE DE PHASES.
L'invention concerne les convertisseurs ou transformateurs de pha- ses et, plus spécialement les transformateurs de phases du type statiqueo
L'application des redresseurs électroniques aux locomotives élec- triques pour convertir du courant alternatif en courant continu pour les mo- teurs de traction des locomotives permet remploi de courant alternatif à 60 périodes au lieu des courants à plus basses fréquences utilisés jusquicio L'emploi de -courant alternatif à 60 périodes dans les locomotives électriques permet d9utiliser-la même ligne de transport pour le rail que pour les autres nécessités commerciales sans avoir recours à des changeurs de fréquenceo
Les avantages de production et de transport de courant triphasé sont bien connus,
mais il est impossible d'envoyer du courant triphasé à une locomotive électrique ou à un autre véhicule sur railso Il faut donc placer, en des endroits déterminés d'un réseau de chemin de fer, des convertisseurs ou transformateurs de phases qui changent le courant triphasé en courant mono- phasé que 1-'on envoie aux locomotives par des fils de trolley monophaséso Les convertisseurs de phases utilisés jusqu'ici étaient généralement du type rota- tifo
L'invention a pour but de procurer un transformateur de phases sta= tique qui maintienne automatiquement des conditions de phase et de tension é- quilibréeso
Dans Inexécution pratique de l'invention,
le courant triphasé est converti en courant monophasé au moyen d'un circuit statique comprenant des transformateurs connectés en Scott et une réactance et un condensateur reliés aux transformateurs dans le but d'assurer les relations de phase désirées entre courant et tension. Les connexions primaires des'transformateurs sont comman- dées automatiquement par un relais de tension pour compenser les chutes- de ten- sion dans les lignes d'alimentation et pour maintenir des tensions primaires
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équilibrées. Les connexions de la réactance et du condensateur sont comman- dées automatiquement par des relais de facteur de puissance de manière à main- tenir les relations de phase désirées dans les enroulements secondaires.
Le facteur de puissance du courant de charge peut être maintenu à une valeur dé- sirée au moyen d'un autotransformateur et d'un condensateur reliés au circuit de chargée
Une forme d'exécution préférée de l'invention est représentée à titre d'exemple au dessin annexé.
La fige 1 est une vue schématique d'un circuit convertisseur sta- tique de phases conforme aux principales caractéristiques de 1-'invention; et
La figo 2 est un diagramme vectoriel du circuit représenté à la
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fig. 1.
Le dispositif représenté à la fig. 1 du dessin comprend, de façon générale, une source de courant alternatif triphasé 10,qui peut consister soit en un alternateur triphasé entraîné par un moteur primaire (non représen- té), soit en un transformateur triphasé alimenté par une source de courant triphasé; des transformateurs 11 et 12 connectés suivant le système Scott et une charge monophasée 13. Celle-ci est connectée entre la terre en 14 et un fil de trolley monophasé 15 sur lequel court un trolley collecteur de cou- rant 16.
Le fil de trolley 15 est-alimenté par- un convertisseur de phases composé des transformateurs Scott 11 et 12, d'une réactance 17 et d'un con- densateur 18, qui transforme le courant triphasé de la source 10 en courant monophasé pour la charge 130
Suivant le système Scott bien connu, une extrémité d'un enroule- ment primaire 21 du transformateur 11 est reliée en substance au point milieu d'un enroulement primaire 22 du transformateur 12. L'autre extrémité de l'en- roulement primaire 21 est reliée par un conducteur 23 à une phase de la source de courant triphasé 10. Une extrémité de l'enroulement primaire 22 du trans- formateur 12 est reliée par un conducteur 24 à une autre phase de la source triphasée 10.
L'autre extrémité de l'enroulement primaire 22 est reliée par un conducteur 25 à la troisième phase de la source triphasée- 10
Une extrémité d'un enroulement secondaire 26 du transformateur 11 est reliée au fil de trolley 15. L'autre extrémité de l'enroulement se- condaire 26 est connectée par un conducteur 27 à un relais de facteur de puis- sance 28 et de là par un conducteur 29 à une extrémité d'un enroulement secon- daire 31 du transformateur 12. L'autre extrémité de l'enroulement secondaire 31 est connectée par un conducteur 32 à un-relais- de facteur de puissance 33 et de là à la terre en 14 par un conducteur 34. Le rôle des relais de facteur de puissance 28 et 33 sera décrit plus loin.
Afin de compenser les chutes de tension d'alimentation et mainte- nir les phases I et II à angle droit entre elles, on prévoit le moyen de varier automatiquement les connexions de l'enroulement primaire- 21 à l'enroulement primaire 22 et les connexions de l'enroulement primaire 22 à une des phases de la source triphasée 10. Comme le montre la figure, l'enroulement primaire 21 est connecté à l'enroulement primaire 22 par l'intermédiaire d'une bobine de protection 35 et d'un mécanisme de commutation 36. Le rôle d'une "bobine de protection" est d'empêcher la surcharge du transformateur pendant les opé- rations de commutation.. De même, la phase- de la source de courant 10 connec- tée à l'enroulement primaire 22 l'est par l'intermédiaire d'une bobine de protection 37 et d'un mécanisme de commutation 38.
Les mécanismes de commutation 36 et 38 peuvent être d'un type bien connu en technique de transformateur, qui permet de changer les prises des enroulements de transformateur en charge. Comme le montre la figure, ils peu- vent être commandés par un moteur'39 ayant un enroulement d'induit 41, un en- roulement inducteur 42 pour un sens de rotation du moteur, et un enroulement inducteur 43 pour l'autre sens de rotation.
La marche du moteur 39 peut être commandée par un relais de ten- sion 44 du type à armatures équilibrées-. La bobine 45 du relais 44 est reliée aux conducteurs de courant 23 et 24, tandis que sa bobine 46 est-reliée aux
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conducteurs 23 et 250 Un contact mobile 47 est placé entre les contacts fixes 48 et 49. Quand la tension entre les conducteurs 23 et 24 est égale à la ten- sion entre les conducteurs 23 et 25, le contact 47 reste à mi-chemin entre les contacts 48 et 49.
Si la tension appliquée à une bobine du relais, par exemple la bo- bine 45, dépasse celle appliquée à la bobine 46 à cause d'un déséquilibre de tensions provoqué par des chutes de tension dues au courant de charge, le con- tact 47 touche le contact 49 et alimente les. enroulements inducteur 42 et d'in- duit 41, de sorte que le- moteur 39 entraîne les mécanismes de commutation 36 et 38 dans le sens voulu pour modifier les connexions aux prises de l'enroule- ment de transformateur 22 de manière à corriger le déséquilibre produit en dé- plaçant les connexions du primaire 21 et du conducteur de phase 24 avec l'en- roulement secondaire 22.
Quand les conditions de tension entre les conducteurs auxquels sont reliées les bobines 45 et 46 sont redevenues normales, la bobi- ne 46 du relais 44 amène le contact 47 contre le contact 48 qui alimente l'in- ducteur 43 et l'induit 41 de manière que le moteur 39 actionne les mécanismes de commutation 36 et 38 en sens inverse pour ramener les connexions de l'enrou- lement primaire 22 dans leur-position initialeo De cette façon, les phases 1 et II sont maintenues à angle droit entre elles et les tensions restent équi- libréeso
La réactance 17 et le condensateur 18 sont utilisés pour assurer la bonne relation de phase entre tension et courant dans les enroulements des transformateurs.
Comme la figure le montre, la- réactance 17 est connec- tée entre la terre, en 14, et l'enroulement secondaire 31 du transformateur 12, avec interposition d'une bobine de protection 51 et d'un mécanisme de commutation 520 Afin de maintenir le. facteur de puissance du courant dans la phase I égal à l'unité, le mécanisme de commutation 52 est.. commandé auto- matiquement par le relais de facteur de puissance 33 connecté de façon à répon- dre au facteur de puissance du courant de la phase 1. Le relais 33 a un con- tact mobile 53 placé entre des contacts fixes 54 et 55.
Le mécanisme de com- mutation 52 peut être du type utilisé pour changer des prises sur des enrou- lements de transformateur en charge,, Il est entraîné par un moteur 56 ayant un induit 57, un inducteur 58 pour un sens de marche et un inducteur 59 pour l'autre sens da marche.
Le relais 33 commande la marche du moteur 56 qui, à son tour, en- traîne le mécanisme de commutation 52 de manière à changer la connexion de la réactance 17 à l'enroulement de transformateur 31 et donc la tension appli- quée aux bornes de la réactance 17, ce qui modifie l'effet de cette dernière sur la :phase de la tension par rapport au courant dans la phase Io Il est en- tendu que l'on peut prévoir une l réactance à prises- et. qu'un- commutateur sem- blable au,mécanisme 52 peut changer les connexions entre la réactance et le transformateur pour obtenir le même effeto
Comme- la figure le montre, le condensateur 18 est couplé au trans- formateur 11 par un enroulement tertiaire 61.
Le condensateur 18 est mis aux bornes de l'enroulement tertiaire 61 par l'intermédiaire d'une bobine de pro- tection 62 et d'un mécanisme de commutation 63. Ce dernier est entraîné par un moteur 64 ayant un induit 65, un inducteur 66 pour un sens de marche et un inducteur 67-pour- l'autre sens de marche.
Le relais de facteur de puissance 28 connecté de façon à répondre au facteur de puissance du courant de la phase II, comporte les contacts 68, 69 et 71 qui règlent la marche du moteur de la manière déjà décrite. Ainsi donc, le relais 28 assure le changement des connexions du condensateur 18 à-. l'enroulement de transformateur 61 de façon à maintenir-un facteur de puissan- ce unité dans la phase 11.
Il est évident que le condensateur 18 pourrait être relié direc= tement aux prises de l'enroulement de transformateur 26, si on le désirée De même, la réactance 17 pourrait être couplée au transformateur 12 par un enrou- lement tertiaire semblable % l'enroulement 61, si on le désire.
On peut prévoir, un autotransformateur 72 et un condensateur-'?] pour maintenir un facteur de puissance unité dans le circuit de charge, si on le
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désire. Comme la figure le montre,le transformateur 72 peut être connecté entre la terre, en 14, et le conducteur dé charge 15. Le condensateur 73 peut être connecté entre le conducteur de charge 15 et des prises variables sur le-transformateur 72. Un mécanisme de commutation, semblable au mécanis- me déjà décrit, et un relais de facteur de puissance répondant au facteur de puissance du courant de charge peuvent être prévus pour commander les connexions du condensateur 73 au transformateur 72, réglant ainsi l'effet du condensateur 73 destiné à maintenir un facteur de puissance unité dans le courant de charge.
Comme le montre le diagramme vectoriel de la figure 2, où il est supposé que le facteur de puissance du courant de charge est maintenu à l'uni- té, la tension de charge EL est la somme vectorielle de El, la tension de la phase I, et de E2, la tension de la phase 2. La tension El est-égale à 0,7071 EL. De même, la tension E2 est égale à 0,7071 EL. Le courant de charge LL est en phase avec la tension de charge EL puisqu'on a supposé que le facteur de puissance du courant de charge est maintenu à l'unité.
Le courant de charge IL est égal à la somme vectorielle du courant I1, le courant dans la phase I, et du courant I2, le courant dans la phase II.
I11 est égal à 0,7071 IL et 12 est égal à 0,7071 IL. Les KVA de charge valent EL IL.
Le courant dans la réactance 17, représenté par le symbole IR, re- tarde de 90 sur le courant I1. Le courant dans le condensateur 18, représen- té par IC, avance de 90 sur le courant I2.
Comme la figure le montre, le courant de charge IL est aussi égal à la somme vectorielle de IR et Il ou à la somme vectorielle de IC et I2.
Ainsi IR est égal à 0,7071 IL et le est égal à 0,7071 IL. En conséquence les KVA de la réactance = (0,7071 EL x 0,7071 IL) = EL 2 IL et les KVA du condensateur = (0,7071 EL x 0,7071 IL) = EL2 'IL En d'autres mots, les KVA nécessaires dans la réactance pour maintenir le facteur de puissance de la phase I égal à l'unité valent la moitié des KVA de charge, et'les KVA nécessaires dans le condensateur pour maintenir le facteur de puissance de la phase II égal à l'unité,
sont aussi égaux à la moitié des KVA de chargeo
La description qui précède montre que l'invention procure un con- vertisseur de phases statique qui peut être utilisé pour transformer du courant triphasé en courant monophasé, et qui peut être commandé automatiquement pour maintenir les relations de phase désirées entre courant et tension dans les composantes du circuit convertisseur, Comme aucun appareil rotatif n'est re- quis, les pertes dues à larotation sont éliminées, ce qui augmente le rende- ment du circuit convertisseur de phase en comparaison des convertisseurs ou transformateurs de phases qui utilisent des appareils rotatifs.
REVENDICATIONS.
1. - Convertisseur de phases statique pour relier un circuit d'a- limentation triphasé à un circuit de charge monophasé, comprenant des trans- formateurs connectés en Scott ayant des enroulements primaires à relier au circuit d'alimentation triphasé et des- enroulements. secondaires à connecter au circuit de charge monophasé, un dispositif à réactance connecté à un des transformateurs et un dispositif à capacitance connecté à l'autre transforma- teur, les enroulements secondaires étant connectés en série entre eux aux bor- nes du circuit de charge.