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APPAREILS ALIMENTES PAR REDRESSEURS.
La présente invention concerne les appareils @ alimentés par trolley et redresseurs, et spécialement les moteurs de traction de loco- motives électriques et autres véhicules, alimentés par redresseurs. L'inven- tion se rapporte aux dispositifs de filtrage et aux dispositifs de self-in- duction de série, ainsi qu'aux combinaisons des deux dispositifs, qui amélio- rent le rendement des moteurs de traction des véhicules, ainsi que la forme d'onde du courant alternatif d'alimentation, par la suppression ou la réduc- tion des harmoniques d'ordre inférieur et aussi des harmoniques plus élevés qui produisent des interférences dans les circuits de communication qui longent la ligne d'alimentation à courànt alternatif.
La présente invention est apparentée à celle faisant l'objet du brevet belge n 495.238, où un circuit de charge à courant continu, comprenant le moteur de traction et traversé par une forte composante alternative, est alimenté par un trolley monophasé provoquant des interférences par induction, à travers un ensemble redresseur, dans des conditions telles qu'il y ait as- sez d'inductance série, coté circuit d'alimentation des redresseurs., pour ' que les demi-ondes du courant 'des redresseurs se chevauchent, sur un angle im- portant, pendant chaque demi-période du courant d'alimentation. On prévoit aussi, quand il le faut (ce qui est généralement le cas), un filtre réducteur d'harmoniques.
La présente inventions se rapporte aussi, d'une façon générale, à l'emploi d'une self d'anode spéciale par ensemble redresseur, cette self d'anode consistant en un transformateur inductif composé de deux enroulements à couplage très serré ayant sensiblement le même nombre de spires et montés dans un circuit magnétique commun comportant un entrefer, et, de préférence aussi, du fer ou une autre matière magnétisable.
Les deux enroulements de self sont connectés en série dans les fils d'anode des deux redresseurs aux-
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quels ils sont as cosicés, avec une polarité telle qu'ils soient en série pour les courants de commutation allant d'un redresseur à l'autre pendant les pé- riodes de chavauchement de la conduction, et qu'ils soient aussi en série pour les courants qui circulent dans des conditions d'arcs de retour.
Ces selfs disposées en série produisent une impédance maximum dans le transformateur, ce qui est souhaitable si on veut avoir un grand angle de chevauchement pén- dant la commutation et si on veut réduire l'intensité des courants de retour, tout en réduisant au minimum l'impédance chutrice de tension pendant les périodes normales de charge, ce qui permet aussi de réduire l'enoombrement des deux enroulements de self,
Au cas où le morne circuit alternatif alimente plusieurs charges différentes à travers des redresseurs, la présence de selfs d'anode séparées pour chaque ensemble redresseur égalise mieux les angles de chevauchement des différents ensembles redresseurs et rend inutile l'emploi de bobines d'é- quilibrage servant à équilibrer les courants pris par les divers ensembles redresseurs.
La présente invention concerne aussi un mode de connexion spécial des dispositifs de filtrage, et surtout des filtres dénommés filtres parallè- les qui consistent en filtres non accordés composés d'un condensateur en sé- rie avec une résistance d'amortissement, le condensateur étant accordé en ré- sonance parallèle avec la self du circuit d'alimentation, vue du filtre, sur une fréquence choisie de manière à réduire les harmoniques élevés provoquant les interférences.
Suivant l'invention, les filtres parallèles des'différents ensem- bles redresseurs de toute locomotive ou véhicule, ou de tout groupe de loco- motives ou véhicules alimentés en parallèle, peuvent être différemment connec- tés par rapport à la self d'anode, certains filtres étant insérés du côté li- gne d'alimentation de la self d'anode, d'autres filtres côté redresseurs, ou certains entrecroisés avec une borne côté alimentation d'un enroulement de la self d'anode et l'autre borne côté redresseur de l'autre enroulement de la self d'anode.
De cette manière, surtout si l'impédance du transformateur abaisseur est relativement basse, il est possible non seulement de supprimer par filtrage, les harmoniques haute fréquence du courant d'alimentation proù voquant les interférences captées par chaque ensemble redresseur et de dépha- ser das harmoniques hautes fréquence entre eux, dans une ou plusieurs bandes @'fréquences harmoniques d'interférence déterminées, mais aussi de déphaser entre eux les harmoniques d'ordre inférieur, de manière à réduire le pourcen- tage du troisième harmonique et d'autres harmoniques d'ordre inférieur pris de la ligne par les différents ensembles redresseurs montés sur chaque véhi- cule, améliorant ainsi la forme d'onde des courants de la ligne de transport.
Un des défauts du filtre à résonance parallèle est d'augmenter les harmoniques d'ordre inférieur dont les fréquences sont inférieures à la fréquence de-résonance parallèle du filtre et qui ne produisent que peu d'in- terférence téléphonique; c'est à ce prix que l'on pouvait réduire les harmo- niques élevés:qui provoquent les interférences réellement gênantes dans les -lignes de communication, qui longent le fil de trolley et ses feeders d'ali- mentàtion en courant alternatif.
En connectant les 'filtres parallèles diver- sement des deux cotés des selfs d'anode; on a trouvé un moyen efficace pour déphaser entre eux les harmoniques d'ordre inférieur de façon qu'ils s'an- nulent mutuellement plus ou moins, ce qui améliore considérablement la forme d'onde-'des courants d'alimentation, surtout si les différents moteurs alimen- tés par redresseurs ont chacun leur transformateur abaisseur-.,, ,
Là présente invention se caractérise en outré par l'emploi d'un ou plusieurs filtres série d'amortissement, en plus du filtre,parallèle décrit ci-dessus, chaque filtre.série comprend un condensateur et une self accordés en résonance :
série sur une fréquence, soit approximativement dans la bande du filtre parallèle associé, soit dans l'une ou l'autre gamme de fré- quences plus basses. '
Les deux filtres, ou plus, tous connectés entre les fils d'ano- de ou les fils d'alimentation des deux redresseurs de tout ensemble redresseur
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donné, ont des ef 'ets de filtrage distincts, en plus des effets complexes ou conjugués quelconques de filtrage qu'ils peuvent avoir., En d'autres mpts, :
l'effet de filtrage de plusieurs filtres n'est pas simplement l'effet conju- gué qu'on peut obtenir en calculant mathématiquement les impédances des dif- férents circuits de filtre connectés en parallèle et qui est différent de . , l'effet obtenu par l'un ou l'autre filtre agissant seul. -.Au contraire;, cha- que filtre a sa propre influence, un peu comme si 1'. autre ou les autres fil- tres n'étaient pas présents.
On n'est pas certain que ceci est dû à l'âpre sence de résistances d'amortissement dans chaque filtre, ou bien au système du circuit de redressement dans lequel les filtres sont plus. ou moins court= circuités pendant chaque période de commutation des redresseurs, à chaque demi- période de la fréquence de la ligne d'alimentation. En tous case ces effets de filtrage distincts existent et sont très utiles.
Comme il a été dits les filtres parallèles nécessaires à'réduire les harmoniques élevés qui provoquent les interférences inductives gênantes, n'arrivent à ce résultat qu'au prix d'augmenter les harmoniques dans le voi- sinage de la résonance parallèle de ces filtres et les harmoniques inférieurs.
Grâce à la présente invention, il est possible, par l'emploi de filtres série, de supprimer ces harmoniques renforcés ou autant qu'il faut de ces harmoniques.
Plusieurs formes d-exécution préférées de l'invention seront dé- crites, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 est un schéma très simplifié montrant les circuits et appareils illustrant les principes généraux de certains aspects de la pré- sente invention, surtout les nouveaux effets des filtres parallèles et série.
La figure 2 est un graphique montrant clairement les effets d'impédance opposés des filtres parallèles et série, aux différentes fréquen- ces correspondant aux divers harmoniques.
La figure 3 est un schéma simplifié montrant l'importance de la self d'anode dans une combinaison où le moteur est commandé par déplacement de prises sur un transformateur d'alimentation intercalé entre le trolley et l'ensemble redresseur.
La figure 4 est un autre schéma simplifié montrant les effets obtenus en connectant diversement les filtres par rapport aux selfs.d'ano- de; et
La figure 5 est un graphique montrant les différents oscillo- grammes des formes d'onde du courant d'alimentation suivant la façon de con- necter les filtres parallèles.
Le schéma très simplifié de la figure 1 représente, à titre d'exem-' ple, un circuit d'alimentation monophasé dont un côté est relié à et comprend un fil de trolley 7, tandis que l'autre côté de ce circuit est mis à la terre, comme indiqué en 7' . Le fil de trolley 7 est longé par un circuit de commu- nication 8, comme un circuit téléphonique, qui oblige à porter toute son at- tention sur les effets d'interférence par induction des harmoniques de la li- gne de transport sur la ligne téléphonique. La fréquence d'alimentation peut être une fréquence d'ancien réseau de chemin de fer électrifié, du 25 cycles par exemple, ou une fréquence de réseau habituelle, comme le 60 cycles, telle qu'utilisée pour 1'industrie et l'éclairage.
La figure 1 montre schématiquement certaines parties électriques essentielles d'une locomotive ou automotrice unique, alimentée par le fil de trolley 7, par l'intermédiaire d'un pantographe 9 et d'un transformateur d'a- limentation abaisseur de tension 11 faisant partie de la locomotive ou du vé- hicule considéré. Le transformateur de courant 11 comprend un enroulement- secondaire 12 utilisé pour alimenter trois appareillages de moteur de traction représentés par trois moteurs & courant continu 1, 2 et 3.
Chaque- moteur com- prend un induit 13, un enroulement inducteur série principal 14, un enroule- ment de commutation 15, un inverseur 16 et une self ou bobine d'inductance connectée en série 17..Les bornes négatives de chacun de ces circuits de mo- teur sont reliées à un conducteur négatif commun 18 du circuit de charge à
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courant continu, ce conducteur négatif 18 étant connecté à la prise médiane 19 du secondaire 12 du transformateur de puissance.
La:- borne- positive de- chacun des circuits de moteur 1, 2 et 3 est alimentée par son propre ensemble redresseur. Chaque borne positive de moteur est donc eonnectée au fil commun de cathode 20 de deux redresseurs 21 et 22 représentés schématiquement, chacun de ceux-ci pouvant consister en un ignitron ou en tout autre dispositif redresseur à une demi-alternance qui ne devient sensiblement- non-conducteur, aprs une période de conduction, que lorsque le courant tombe pratiquement à zéro. En d'autres mots, une fois qu'un arc de conduction de courant s'est formé dans l'un ou l'autre des redresseurs 21 ou 22, cet arc se maintient par lui-même et ne s'éteint que si le courant tombe pratiquement à zéro.
Les fils d'anode respectifs 21' et 22' des re- dresseurs 21 et 22 sont reliés aux deux extrémités de tensions opposées de l'enroulement secondaire 12 du transformateur.de courant 11. Suivant la pré- sente invention, des enroulements de self d'anode 21" et 22" sont de préfé- rence placés dans les fils d'anode 21' et 22' respectivement.
De préférence aussi, suivant l'invention, ces enroulements de self d'anode 21" et 22" sont couplés mutuellement, dans un circuit magnétique commun qui peut être de l'air ou qui comprend de préférence une matière magnétisante et un entrefer. Les deux enroulements 21" et 22" sont de pré- férence à couplage aussi serré que possible, avec les spires des deux enrou- lements enchevêtrées. Les enroulements de self ont le même nombre de spires.
Leur polarité est telle que les deux enroulements 21" et 22" se trouvent en série et présentent une impédance maximum, dans le transformateur selfique dont ils font partie, aux courants de commutation qui circulent entre les deux redresseurs 21 et 22 pendant les périodes de recouvrement de la conduction.
Ces périodes de recouvrement des deux redresseurs 21 et 22 sont dues à la self-induction de la ligne d'alimentation, du circuit d'alimentation jusqu'aux redresseurs. Cette self-induction comprend l'impédance interne de l'alternateur, de toutes les lignes de transmission et des transformateurs d'alimentation associés (non représenté), l'impédance du conducteur de trol- ley 7 jusqu'à la charge, l'impédance du transformateur de courant 11 sur le véhicule, et l'impédance des demi selfs d'anode 21" et 22" en série qui laissent passer toutes deux du courant pendant la période de recouvrement.
Dans la mise en pratique de l'invention, le transformateur de courant 11 a, de préférence, le moins possible de lignes de fuite, de manière à servir sim- plement d'abaisseur de; tension, et il comprend aussi un dispositif de varia- tion de tension.,, comme le montre la figure 3, où le transformateur de courant 11' est pourvu, au secondaire, de prises de changement de tension 23 et 24. De préférence aussi, en pratique, la quantité de self-induction du circuit d'ali- mentation représentée par les deux moitiés connectées en série 21" et 22" du transformateur de self d'anode est environ égaie au reste de la self-induction du circuit d'alimentation, c'est-à-dire jusqu'aux'selfs d'anode exclusivement,
quoique 1-*Invention ne soit pas limitée à ce détail.
Le présente invention envisage aussi, ce qui est souvent intéres- sant, de donner à différentes selfs d'anode 21"-22" associéesà des ensembles redresseurs-.de locomotive correspondants, des valeurs différentes, par exem-i- ple en prenant des nombres de spires différents, comme les prises 25 l'indi- quent schématiquement à la figure 1, des prises différentes étant choisies pour les trois moteurs représentés à la figure 1. Le choix de prises diffé- rentes fait.que .les facteurs de puissance des courants alternatifs circulant dans les charges des trois différents moteurs sont légèrement différents les uns des autres, ce qui provoque un léger déphasage entre les courants mono- phasés d'alimentation des moteurs respectifs.
Multiplié par le multiple de l'harmonique qui produit le plus d'interférence, ce léger déphasage produit (ou peut produire) un déphasage des courants harmoniques suffisant pour éliminer sensiblement cet harmonique déterminé, .et pour réduire substantiel- lement les amplitudes des harmoniques voisins.
Quoique, pour faciliter la description, les ensembles redres- seurs aient été.représentés avec leurs cathodes reliées à une borne 20 du mo- teur, et avec leurs anodes reliées à, ou alimentées-par les fils d'anode 21'
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et 22' faisant f action de fils d'alimentations suivant le principe du monta- ge en commun des redresseurs il est entendu que ces polarités des redresseurs peuvent être inversées.
En outre quoique les ensembles redresseurs décrits - et représentés ne se composent que de deux redresseurs 21 et 22 utilisés pour alimenter une seule borne du circuit de charge à courant continua l'autre bor- ne continue étant ramenée à la prise médiane 19 du secondaire 12 du transfor- mateur de courant, il est entendu que le circuit de retour 18 du circuit de charge à courant continu peut revenir à la source d'alimentation.de toute au- tre manière classique par exemple par la seconde moitié d'un pont redresseur (non représenté).
La figure 1 montre aussi l'emploi simultané de filtres parallèles et série, conformément à la présente inventiono Ces filtres sont connectés entre les fils d'anode 21' et 22' des ensembles redresseurs respectifs utili- sés sur toute locomotive ou véhicule à trolley utilisant l'invention. Sur la figure 1, ces filtres de fils d'anode sont placés du côté redresseur par rapport aux selfs d'anode 21"-22" des divers ensembles redresseurs quoique ces filtres puissent être connectés. dans toute autre partie des fils d'anode 21' et 22',comme ce sera expliqué plus en détail en se référant à la figure 4.
Dans chacun des trois ensembles redresseurs représentés à la fi- gure 1, le premier circuit de filtrage (ou supérieur) est un filtre parallèle.
Ces filtres parallèles ne doivent pas- tous être accordés sur la même fréquen- ce, mais sur une fréquence quelconque autre environ le troisième harmonique et une fréquence de l'ordre de 900 cycles. On a avantage à donner aux trois filtres parallèles des fréquences de résonance parallèle toutes différentes les unes des autres, parce qu'on obtient ainsi des déphasages entre les di- verses composantes harmoniques des divers courants d'alimentation des dif- férentes charges, déphasages qui aident à l'annulation, par opposition, des harmoniques produisant les interférences gênantes.
Comme le montre la figure 1, l'ensemble redresseur alimentant le moteur n 1 est représenté, par conséquent, avec un filtre parallèle non ac- cordé de quatrième harmonique, composé d'un condensateur C4p et d'une résis- tance d'amortissement R4p. Le fait de désigner la fréquence du filtre par un chiffre d'harmonique déterminé, n'implique aucune limitation à un réglage particulier précis quelconques ce qui est inutile, l'impédance du circuit d'alimentation variant d'ailleurs suivant les conditions de travail et la distance variable d'une locomotive donnée quelconque à la source de courant (non représentée). Par exemple, en parlant d'harmonique quatre, on désigne toute fréquence comprise entre le troisième et le cinquième harmoniques.
La fréquence de résonance parallèle dont il est question est la fréquence à la- quelle le condensateur du filtre., comme C4p, est en résonance parallèle avec la self-induction de l'alimentation, vue du filtre.
A titre d'exemple, le second et le troisième filtres parallèles associés aux ensembles redresseurs alimentant les moteurs n 2 et 3, à la fi- gure 1, sont accordés environ sur les harmoniques huit et douze, comme l'indi- quent les références 8 et 12, remplaçant le chiffre 4, qui caractérisent le condensateur C et la résistance d'amortissement R du filtre parallèle corres- pondant, ces données d'accord des filtres de résonance parallèle étant citées à titre exemplatif seulement.
Suivant une caractéristique. de la présente invention, chacun des filtres paràllèles peut être associé avec un ou plusieurs filtres série amor- tis, également connectés entre les fils d'anode 21' et 22'. Dans chaque cas de ce genre, il est habituellement utile d'avoir au moins un filtre série ac- cordé approximativement à la même fréquence que le filtre parallèle associée ces fréquences ne devant cependant pas être précisément et exactement identi- ques, mais seulement du même ordre de grandeur, de façon que les brosses ou les creux d'impédance des filtres respectifs viennent se placer environ dans. la même gamme de fréquences. C'est ainsi que le filtre parallèle d'harmoni- que quatre C4p-R4p est shunté.par un filtre série d'harmonique quatre composé d'un condensateur C4s, d'une self L4s et d'une résistance R4s.
La dimension
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du condensateur 8, filtre série C4s est uniquement déterminée par la dimen- sion de la self de filtre série L4s, ces deux impédances étant accordées de façon à se trouver en résonance série aux fréquences avoisinant (par exemple) le quatrième harmonique de la fréquence de la source.
La résistance d'amor- tissement du filtre série, comme R4s, aura de préférence une valeur telle qu'elle donne une bande d'accord correspondant environ à la bande d'accord du filtre à résonance parallèle associé, de façon que l'effet de shuntage d'harmoniques du filtre série, dans le voisinage de la fréquence de résonance du filtre série, s'étende dans une bande de fréquences correspondant approxi- mativement à la bande de fréquences dans laquelle le filtre à résonance paral- lèle associé provoque le plus d'augmentation d'harmoniques, le filtre paral- lèle utilisé seul tendant en effet à amplifier les harmoniques du courant de ligne dans le voisinage de la résonance du filtre parallèle.
De même, le second filtre de résonance parallèle C8p-R8p de la figure 1, qui se trouve en résonance parallèle avec la self de la ligne d'ali- mentation arrêtée aux bornes du filtre, sur environ l'harmonique huit des cou- rants d'alimentation, est shunté par un filtre de résonance série amortie sur l'harmonique huit 08s-L8s-R8s qui élimine le surplus d'harmoniques produit par le filtre parallèle dans le voisinage de la fréquence de résonance paral- lèle qui se situe quelque part autour de l'harmonique huit.
Comme un filtre à résonance parallèle a pour effet d'augmenter non seulement les fréquences de ligne dans le voisinage immédiat de la fréquen- ce de résonance parallèle, comme les septième et neuvième harmoniques dans le cas d'un filtre parallèle accordé sur,le huitième harmonique., mais aussi les fréquences des harmoniques inférieurs, comme, par exemple, les harmoni- ques trois et cinq, il peut être intéressant, si on veut obtenir les formes d'onde les plus parfaites, de prévoir un second filtre de résonance série con- necté en parallèle et accordé sur un harmonique inférieur, c'est-à-dire sur une fréquence comprise environ entre le troisième harmonique et l'une ou l'au- tre fréquence en-dessous de la fréquence de résonance du filtre parallèle associé.
Dans le cas d'un filtre parallèle accordé sur l'harmonique huit ; on utilisera donc non seulement un filtre série accordé sur l'harmonique huit, mais., en outre, un filtre série connecté en parallèle et accordé sur l'harmonique quatre C4s'- L4s' - R4s', comme indiqué à la figure 1.
En ce qui concerne le troisième ensemmle redresseurs et moteur de'la figure 1, le filtre parallèle accordé sur l'harmonique douze C12p-
Rl2p est aussi représenté shunté par trois filtres de résonance série, ac- cordés approximativement sur le douzième, le huitième et le quatrième harmo- nique de façon correspondante, comme indiqué par C12s' - L12s'- Rl2s', C8s' - L8s" - R8s" et C4s" - L4s" - R4s", de manière à éliminer ou réduire les- har- : moniques trois, cinq , sept, neuf, onze et treize, tout en réduisant aussi, dans une certaine mesure, les harmoniques un peu plus élevés que le treizième.
Il est évident, qu'en cas de présence d'harmoniques pairs quelconques de la . gamme des filtres série, ceux-ci subissent aussi une réduction.
La figure 2 montre., à titre d'exemple seulement, l'influence générale des filtres parallèles et série, sans vouloir donner aucune indica- tion quant aux amortissements optima ou caractéristiques quelconques de ce genre. Par exemple, le filtre de résonance parallèle accordé sur l'harmoni- que huit C8p - R8p a une courbe impédances-fréquences du type général dési- gné par Zp à la figpre 2. Les harmoniques élevés sont ainsi pratiquement éliminés, alors que les harmoniques inférieurs, surtout aux environs du huitième, sont amplifiés de façon dangereuse.
La forme générale d'une cour- be impédances-fréquences obtenue avec un filtre de résonance série accordé sur l'harmonique huit, comme le filtre C8s- L8s - R8s de la figure 1, est représentée à la figure 2 par la courbe Zs qui montre comment sont éliminés les harmoniques dans la gamme de fréquences de la résonance parallèle, alors que le filtre série n'a que très peu d'influence sur les fréquences éloignées de l'accord de résonance parallèle.
Le fonctionnement du-système, comme il est représenté à la figure
1, peut être brièvement résumé comme suit,. La self-induction de la ligne d'a-
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limentation pende .1 l'angle de chevauchement (liilpédace étant en effet in- ductive), jusqu'aux bornes des deux redresseurs 21, 22, détermine l'angle de chevauchement des deux redresseurs de chaque paire.
Cette self sera de pré- férence assez grande pour obtenir un angle de chevauchement d'au moins 20 pendant chaque demi-période dans le cas de charge maximum quoique dans cer- tains cas un angle de' chevauchement jusqu'à 40 ou plus puisse être nécessaire, alors qu'à d'autres moments toute valeur d'angle de chevauchement puisse être acceptée,' quand on utilise d'autres caractéristiques de la présente in- vention. La self de ligne réglant le chevauchement comprend toujours les selfs d'anode 21" et 22", puisque celles-ci sont toujours en série avec le. côté alimentation des redresseurs 21 et 22.
Dans le cas des filtres parallèles, comme C4p - R4à, C8p - R8p et C12p - Rl2p, la self de ligne avec laquelle les condensateurs des filtres parallèles se trouvent en résonance parallèle est la self de la ligne vue du filtre parllèle. Cette self de ligne faisant partie du filtre comprend, ou ne comprend pas, les selfs d'anode 21" et 22" ou l'une ou l'autre, suivant que ces selfs d'anode se trouvent du côté ligne ou du côté redresseur, par rapport aux bornes du filtre parallèle. La self de ligne n'a pas d'influen- ce sur l'accord ou le réglage des filtres série.
Le- couplage mutuel entre les enroulements de self d'anode 21" et 22" et leur mise en série par rapport aux courants de commutation qui les traversent quand les deux redresseurs sont conducteurs, sont des caracté- ristiques nouvelles et intéressantes. Par la présence d'un entrefer dans le circuit magnétique, pour avoir les meilleurs résultats, les deux enroule- ments de la self d'anode doivent avoir leurs spires bien enchevêtrées, par opposition à deux enroulements constituant chacun un élément compact. Par le couplage mutuel, la magnétisation du noyau va d'un flux maximum positif à un flux maximum négatif d'une demi-période à la suivante, au lieu du posi- tif à zéro ou du négatif à zéro, ce qui serait le cas avec deux selfs d'anode séparées sans aucun couplage mutuel.
La dimension de la double self d'anode est donc diminuée par rapport à celle de deux selfs non couplées.
L'impédance élevée du circuit série présentée au courant de com- mutation est utile, dans de nombreux véhicules alimentés par redresseurs, pour donner une certaine pente ou régulation aux courbes -effort de traction- vitesse de la locomotive ou du véhicule, et aussi pour avoir un grand angle de chevauchement, nécessaire si on veut réduire les interférences par induc- tion sur le téléphone. Mais plus important encore est le fait qu'il faut une grande self série pour le courant de commutation de manière à limiter les courants de retour et à éviter ainsi l'endommagement du redresseur fautif et la coupure du courant par actionnement de fusibles ou de coupe-circuit (non représentés).
Il est particulièrement utile de ramener une partie considérable de la self du circuit d'alimentation au secondaire du transformateur de cou- rant 11, par l'utilisation de selfs d'anode 21" et 2211, dans le cas de plu- sieurs moteurs à redresseurs séparés semblables alimentés par un même trans- formateur de courant.
S'il y a N ensembles redresseurs alimentant N moteurs à courant continu, mais alimentés par le même transformateur de courant 11, les selfs d'anode 21" - 22" sont N fois plus efficaces pour limiter les cou- rants d'arc de retour, quand ils sont connectés en série dans les paires in- dividuelles de fils d'anode 21' 22' du côté du secondaire du transformateur de courant 11, que ne le serait une self-induction équivalente (pour une va- leur donnée de régulation sur les courbes vitesse-effort de traction) ajou- tée au transformateur de courbant 11 ou en série dans le .circuit primaire du dit transformateur.
Ceci est vrai, parce que, lorsqu'un arc de retour se pro- duit,il ne se produit que dans un redresseur à la fois par principe, et une bobine de self de suppression d'arc de retour spéciale'placée dans le circuit du redresseur considéré est beaucoup plus efficace qu'une self placée dams le circuit primaire du transformateur qui est traversé par les courants pris par les N ensembles redresseurs, où elle ne peut avoir, pour une régu- lation et un angle de chevauchement déterminés, que 1 de l'impédance qu'elle
N
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présente au couralt dans le circuit particulier du moteur considéré.
Lemploi de selfs d'anode individuellesp côté secondaire du trans- formateur dé courant, dans la combinaison préférée de plusieurs moteurs à re- dresseurs propres alimentés par un transformateur de courant commun, est aussi intéressant parée qu'il permet de choisir des valeurs de sèef de circuit d'a- limentation différentes toutes connectées en série pour le compte des divers ensembles redresseurs.
Les ensembles-redresseurs peuvent ainsi prendre des courants d'alimentation légèrement déphasés entre eux, de manière à ce que les harmoniques d'ordre élevé soient considérablement déphasés entre eux et que des groupes d'harmoniques gênants s'annulent sensiblement par opposition et n'apparaissent donc pas dans le circuit d'alimentation 7 où ils produiraient des interférences gênantes dans le canal de communication voisin 8.
C'est dans le même but qu'il est utile de connecter les filtres parallèles C4p - R4p, C8p - R8p, C12p - R12p du côte redresseur ou charge des selfs d'anode 21" - 22", dans un système à plusieurs moteurs avec redresseurs propres alimentés par le même transformateur de courant 11.
On peut ainsi utiliser des¯ condensateurs de filtre parallèle C4p, C8p et C12p différents ce qui non seulement entraine un accord des divers filtres parallèles sur des fréquences différentes tendant à déphaser leurs harmoniques entre eux, mais encore, les courants capacitifs à fréquence de ligne considérable passant dans ces condensateurs de filtre parallèle différents, déphasent-les courants d'alimentation des divers ensembles redresseurs entre eux, et, quand ce dépha- sage est multiplié par le multiple de tout harmonique considéré, il constitue un déphasage des harmoniques entre eux suffisant, quand il s'agit des harmo- niques élevés.
Il est-aussi utile de rendre la self totale de chacun des circuits à courant continu 13-14-15-17 assez faible pour permettre la présence de 20% d'alternatif dans une certaine partie de ce circuit de charge à courant continu pendant les courtes périodes de charge maximum, le pourcentage d'alternatif résiduel étant défini comme la moitié de la différence entre les valeurs ins- tantanées maxima et minima de l'onde du courant continu divisé par la moitié de la somme de ces valeurs maxima et minima. Dans certains cas, on doit ad- mettre au. moins 40% d'alternatif. Ces pourcentages sont anormalement élevéss pour le circuit de charge à courant continu d'un ensemble redresseur quelcon- que.
Ce pourcentage d'alternatif est admissible dans les locomotives alimen- tées par redresseurs et équivalents, parce qu'il ne faut pas tenir compte des interférences dans les circuits de charge à courant continu de telles instal- lations, ces circuits ne pouvant en aucune façon gêner, par leurs interféren- ces, un circuit de communication quelconque. En outre, l'expérience a montré que les moteurs à courant continu 1, 2 et 3 supportent mieux une composante alternative qu'on ne le croyait. Ces composantes alternatives ne nuisent donc pas aux moteurs de façon sensible, et elles sont très utiles pour réduire les harmoniques qui sont réfléchis vers, ou produits dans la ligne d'alimentation- à courant alternatif 7 qui, elle, peut gêner considérablement par des inter- férences inductives.
La figure 3 sert à montrer que pratiquement tous les véhicules à trolley alimentés par redresseurs utilisent le courant alternatif ou la ten- si-on de la ligne d'alimentation pour régler la tension continue appliquée aux moteurs.et donc pour régler la vitesse des moteurs. C'est pourquoi le trans- formateur de courant d'alimentation, comme le transformateur 11 de la figure 1, est pratiquement toujours un transformateur à tension variable, et cette variation de tension est pratiquement toujours obtenue au moyen de prises 23 et 24 au secondaire, comme le montre le transformateur de courant 11' de la figure 3. Les selfs d'anode 21" et 22" présentent ici un autre avantage, en étant en série dans les fils d'anode 21' et 22' du côté du secondaire du trans- formateur de courant 11'.
Ceci est particulièrement vrai avec des prises à basse tension, quand le rapport de transformation rend la self de ligne, vue des prises du secondaire, vraiment très faible et même négligeable, alors que la self réelle de là self d'anode 21"-22" reste pratiquement inchangée dans ces conditions de basse tension comparativement aux conditions de tension éle- vée quand les moteurs sont en régime.
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Enélisant les selfs d'anode 21" - 22"; on dispose d'un système avec une valeur de self de ligne en série avec les entrées des redresseurs 21 et 22, qui est assez importante même dans les conditions de marche avec les tensions les plus basseso Cette self de ligne d'alimentation est nécessaire pour assurer une certaine régulation de tension, c'est-à-dire que la tension appliquée aux moteurs alimentés par redresseurs baisse ou tombe d'une certaine valeur quand la charge du moteur-augmente et,9 inversement, que la tension du moteur monte progressivement d'elle-même quand la vitesse du moteur augmente pendant l'accélération du véhicule, sans qu'on doive changer les prises 23 ou 24 sur le transformateur de courant 11',
Cette commande de.tension partiel- le automatique est très intéressante, parce qu'elle permet de réduire le nom- bre de prises sur le transformateur ainsi que le nombre de plots du control- ler des moteurs (non représenté) qui commande le déplacement de ces prises.
La figure 4 est un schéma simplifié montrant les diverses façons de connecter les différents filtres (filtres parallèles ou filtres série ou les deux) par rapport aux entrées et aux sorties des diverses selfs d'anode 21" - 22" des ensembles redresseurs alimentés par un transformateur de courant donné quelconque 11 sur une locomotive ou tout autre véhicule à trolley ali- menté par redresseur. A la figure 4, les moteurs de traction à courant con- tinu sont au nombre de six, ce qui est un nombre plus normal que les trois de la figure 1; les six moteurs sont classiquement numérotés de 1 à 6.
On remarquera, dans la figure 4, deux filtres parallèles du côté de l'entrée du courant des diverses selfs d'anode 21" - 22" ; ces filtres sont donc mis aux bornes de l'enroulement secondaire 12 du transformateur de cou- rant 11. Ces deux filtres parallèles peuvent être accordés soit approximati- vement sur la même fréquence, soit sur.des fréquences différentes, comprises entre le troisième harmonique et 900 cycles.
La figure 4 représente., aussi connecté sur les entrées des diver- ses selfs d'anode 21" - 22", c'est-à-dire aux bornes de l'enroulement secon- daire 12 du transformateur de courant, un filtre série 33 qui peut être accor- dé environ sur la fréquence d'un des deux filtres parallèles 31 ou 32, ou sur une fréquence harmonique plus basse (supérieure à la fréquence du réseau d'a- limentation).
La figure 4 montre aussi, à titre d'exemples, d'autres endroits de connexion des filtres parallèles et des filtres série, au lieu ou en plus des filtres 31,32 et 33 décrits ci-dessus. Ainsi, la première paire de fils d'alimentation monophasée ou fils d'anode 21' - 22' du moteur n 1 ont, en shunt, côté redresseur des selfs d'anode 21" - 2211., un filtre parallèle 34 et un filtre série 35. Un filtre série semblable 35 est représenté connecté de même entre les fils d'anode de tous les autres ensembles redresseurs qui alimentent respectivement les moteurs n 2 à 6.
Un filtre parallèle 34, connecté de la façon décrite;, est aussi représenté avec les ensembles re- dresseurs alimentant les moteurs n 3 et,4. L'ensemble redresseur du moteur n 6 comprend un filtre parallèle 36 dont une extrémité 36' est reliée du cô- té entrée d'un des enroulements de la self d'anode, 22" par exemple, et dont l'autre extrémité 36" est reliés coté redresseur de l'autre enroulement 21" de la self d'anode. Dans le cas des ensembles redresseurs alimentant les mo- teurs n 4 et 5, on a représenté chaque fois deux filtres parallèles 36 et 37 croisés et connectés chacun des.deux côtés des enroulements de self d'anode correspondants.
Ces divers filtres 31 à 37 peuvent être accordés en résonance pa- rallèle ou série, suivant le cas, sur une des fréquences quelconque déjà étu- diées, soit tous sur la même fréquence ou sur des fréquences différentes, dans le but déjà mentionné.
On a constaté que les filtres fonctionnent de façon très diffé- rentes suivant leur position par rapport aux selfs d'anode 2111 - 22". Il en est surtout ainsi des filtres parallèles dont les condensateurs prennent et délivrent des quantités substantielles de courant de filtrage pendant leurs périodes respectives de charge et de décharge dans chaque demi-période du
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courant à frequer e de ligne .
Les effets des connexions des filtres sent étroitement liés aux influences des selfs d'anode et au fait d'utiliser un transformateur de cou- rant 11 à faible self-induction, comme cela sera expliqué maintenanto En fait, il est bon que la self du transformateur de courant soit négligeable par rap- port aux valeurs des différentes selfs d'anode 21" et 22", de manière que., pendant les périodes de commutation, quand du courant circule dans les deux ' redresseurs 21 et 22 d'un ensemble redresseur quelconque donné, la chute de tension due à l'impédance, ou la tension nécessaire pour faire circuler le cou- rant de commutation à travers la self du circuit de commutation,
soit consom- mée sensiblement entièrement dans les selfs d'anode 21" - 22" et qu'il n'y ait pratiquement pas. de chute de tension de commutation aux bornes du secondaire 12 du transformateur de courante De cette manière, l'angle de chevauchement aura peu d'effet de réglage sur la tension des enroulements du transformateur. Ceci est trèà intéressant à cause de la présence d'autres charges sur le transformateur.
Quand le potentiel d'extrémité de la moitié droite de l'enrou- lement secondaire 12 commence par devenir plus positif que le potentiel d'ex- trémité de la moitié gauche, un courant circulera en circuit par l'enroulement 22" de la self d'anode dans le fil d'anode 22', le redresseur réamorcé 22, le curcuit cathodique commun 20, le redresseur amorcé précédemment 21 et l'au- tre enroulement de self d'anode 21" dans le fil d'anode 21', pour revenir au secondaire 12 du transformateur de courant.
Les phénomènes décrits sont renforcés par la présence des filtres, surtout tout filtre parallèle 31, 32, 34, 36 et 37, parce que les condensateurs de ces filtres parallèles laissent passer, par principe, des courants de char- ge et de décharge plus élevés que ceux des filtres série 33 et 35, associés en résonance série, avec des selfs importantes faisant partie de ces filtres.
Quand on n'utilise donc qu'un filtre, comme le filtre de réso- nance parallèle 31 (figure 4), placé côté alimentation par rapport aux selfs d'anode 21" - 22", la forme d'onde du courant alternatif dans le circuit primaire du transformateur de courant 11 est comparable à la courbe V31 de la figure 5, qui ne représente pas nécessairement les conditions optima à ob- tenir. Si, au contraire, le filtre avait été connecté côté redresseur des selfs d'anode 21" - 22",comme indiqué en 34 à la figure 4, la forme d'onde du courant primaire aurait ressemblé à la courbe V34 de la figure 5.
Il faut noter que les bosses et les creux des deux formes d'onde V31 et V34 sont ap- proximativement déphasés de 180 entre eux de sorte que, si un des ensembles redresseurs prend du courant primaire d'un type et si un autre ensemble redres- seur prend du courant primaire de l'autre type, ou si plusieurs ensembles re- dresseurs prennent des courants de formes intermédiaires,; il y aura un sé- rieux effet d'amortissement des différentes pointes par le passage simultané de courants primaires tous de types différents.
Ceci est réel si-les diffé- rents moteurs sont alimentés par des transformateurs abaisseurs séparés 11, ou même par des secondaires différents (non représentés) sur le même trame- formateur, ou si l'inductance mutuelle de transformateur dans les circuits de charge des différents condensateurs de filtrage est petite comparée aux selfs d'anode. En d'autres mots, si la self du transformateur 11 est négli- geable comparée aux selfs d'anode ou à la self de la ligne d'alimentation, on peut s'attendre aux annulations par opposition des ondulations dans la forme d'onde du courant de ligne total.
Il faut remarquer que les bosses et les creux des formes d'onde V31 et V34 de la figure 5, correspondent aux harmoniques d'ordre relativement inférieur (bien 'en-dessous de l'harmonique treize, par exemple), de sorte que toute atténuation d'harmoniques due aux connexions variées des filtres par rapport aux côtés ligne et charge des selfs d'anode, sera principalement
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avantageuse en rendant le courant total plus sinusoidal, -sans;tôn.] fcrl,.-s.r.:si1pprimer les harmoniques élevés qui gênent par interférence les communications télépho- niques. Il est nécessaire de supprimer à la fois les harmoniques élevés et les inférieurs: les connexions représentées à la figure 4 sont très utiles à ce double point de vue.
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Les positions des filtres série, came les circuits 33 et 35 de la figure 4, par rapport aux côtés ligne et charge des selfs d'anode 21" - 22", sont aussi importantes. Des harmoniques sont produits dans la self-induction du circuit à courant continu du moteur et pénètrent dans le secondaire de trans- formateur 12 par sa prise médiane.
Avec un seul filtre série placé côté re- dresseur,comme indiqué en 35 à la figure 4, un chemin s'établit pour la cir- culation d'harmoniques en circuit par le secondaire du transformateur 12 et les selfs d'anode 21" - 22", tout au moins pour la fréquence d'accord et tous harmoniques voisins de celle-cio L'inductance mutuelle entre les enroulements 21" et 22" de self d'anode s'ajoute à 1'inductance,mutuelle des deux moitiés du secondaire de transformateur 12 pour forcer les harmoniques d'ordre infé- rieur des courants en circulation, à passer en intensités égales et directions opposées dans les deux moitiés du secondaire de transformateur 12.
Le conden- sateur du filtre 35 ou 34 doit se charger au début de chaque demi-période de fréquence de ligne, à travers un circuit de charge comprenant la self d'anode, la self du transformateur et la self de ligne, et la somme des selfs de ce,,. circuit de charge L détermine la résistance d'amortissement critique R = du filtre série 35. lecondensateur du filtre se décharge dans un circuit de décharge comprenant l'impédance pratiquement nulle des tubes redresseurs 21 et 22.
D'autre part avec un seul filtre série placé côté entrée de la self d'anode 21" - 22",comme indiqué en 33 à la figure 4, l'inductance mutu- elle des enroulements de self d'anode n'aide pas le passage symétrique des harmoniques dans les deux moitiés du secondaire de transformateur 12. Au contraire, la chute de tension due au passage de courants harmoniques dans un des enroulements de self d'anode 21" ou 22", suivant le cas, s'ajoute aux volts par spire qui doivent être produits dans la moitié active du secon- daire de transformateur 12, à l'effet de forcer les harmoniques à passer parr la moitié inactive et dans le filtre série 33, et de là dans l'enroulement 21" ou 22" de la self d'anode et le circuit à courant continu, pour revenir à la prise médaine du secondaire de transformateur 12.
La self d'anode exerce donc un-effet de chute de tension, dans le cas du filtre série côté ligne 33, au lieu d'équilibrer les harmoniques comme dans le cas du filtre série côté redresseur 35.
Le condensateur du-filtre série côté ligne 33 ne se charge qu'à travers les selfs de ligne et de transformateur, et il a donc une résistance d'amortissement critique plus faible (et donc une perte par résistance plus faible pour un condensateur de dimension donnée) que celui du filtre série côté redresseur 35. Le filtre série côté ligne 33 décharge son condensateur à travers la self d'anode en plus de l'impédance du tube.
Si les impédances des circuits de charge et de décharge du filtre côté ligne 33 sont faites égales, la résistance d'amortissement critique est la même pour la charge et la décharge, et elle sera inférieure à celle du;filtre côté re- dresseur 35. '
Les mêmes remarques, concernant les circuits de charge et de dé- charge et les valeurs des résistances d'amortissement, s'appliquent àux fil- tres parallèles côté ligne et-côté redresseur, comme les circuits 31, 32 et 34 de la figure 4, aussi bien qu'aux filtres série 33 et 35 qui viennent d'ê- tre décrits.
Un des défauts des filtres à résonance parallèle consistait en la nécessité d'ajouter une résistance d'amortissement suffisante,- comme la résistance R4p de la figure 1, pour limiter convenablement les courants de décharge et de charge du condensateur de filtre, comme le condensateur C4p.
Ces résistances d'amortissement des filtres parallèles entraînent une certaine perte d'énergie continuelle, parce que les condensateurs des filtres parallè- les (comme C4p) laissent passer réellement de grandes quantités de courant capacitif à fréquence de ligne venant du réseau. Suivant la présente inven- tion,on croit ppouvoir utiliser des valeurs de résistance d'amortissement plus faibles et moins critiques dans les filtres parallèles, si certains de ces filtres sont placés côté'ligne et certains côté redresseur, ou en les
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croisant de diffé: entes manières;,, par rapport aux selfs d'anode, comme indiqué et décrit en se référant à la figure 4.
Un important avantage des locomotives alimentées par redresseurs est qu'elles peuvent marcher sur des réseaux d'alimentation à 60 cycles, et qu'elles n'exigent donc pas le réseau spécial à 25 cycles nécessaire dans le cas de redressements de courant-.alternatif utilisant des moteurs alternatifs série à collecteur. Avec un réseau à 60 cycles, les divers filtres et con- nexions de filtres sont d'autant plus importants, puisque le problème des in- terférences des harmoniques est plus difficile avec du 60 cycles qu'avec du 25 cycles.
De nombreux réseaux de chemin de fer électrifiés utilisent cepen- dant du courant à 25 cycles et il faut que l'invention puisse être utilisée avec succès sur ces réseaux existants. Sur de nombreux réseaux à 25 cycles, on utilise des signaux de locomotive fonctionnant habituellement sur 100 cy- cles, ce qui correspond à l'harmonique quatre de la fréquence d'alimentation.
Dans ces cas, les filtres de résonance série sur l'harmonique quatre) comme les filtres C4s - L4s - R4s - C4s' - L4s' - R4s' et C4s" - L4s" - R4s" seront d'habitude nécessaires, ou tout au moins intéressants, pour éviter les inter- férences avec le système de signalisation de la locomotive, quand les loco- motives alimentées par redresseurs sont employées sur le réseau de chemin de fer électrifiéo
Les avantages relatifs des positions des filtres du côté trans- formateur ou du côté redresseur des selfs d'anode 21" - 22" dépendent de plu- sieurs considérations.
En général, quand les redresseurs 21 et 22 s'allument sans retard sensible, un filtre côté refresseur, comme le filtre 34 de la figure 4, est légèrement plus efficace comme suppresseur de bruits d'interfé- rence qu'un filtre côté transformateur, comme en 31 ou 32. Si, au contraire, les redresseurs 21 et 22 s'allument avec un certain retard, l'augmentation de l'interférence inductive due à ce retard¯ est bien mieux supprimée par un filtre côté transformateur, comme 31 ou 32, que par un filtre côté redresseur, comme 34.
Il n'y a eu que quelques formes d'exécution extrêmement simpli- fiées de l'invention qui ont été décrites à titre d'exemple, plutôt pour donner les principes généraux de l'invention que pour donner les détails des connexions réellement compliquées utilisées en pratique, et il est entendu que l'invention n'est pas limitée aux formes et aux circuits représentés.
REVENDICATIONS.
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