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la S.E.M. Société d'Electricité et de Mécanique (PROCEDES THOMSON-HOUSTON, VAN den KERCHOVE & CARELS) Société Anonyme, résidant à BRUXELLES.
APPAREIL DE MESURE DU COURANT.
La présente invention est relative aux appareils pour mesurer les courants triphasés redressés et plus particulièrement aux appareils pour mesurer le courant redressé dans chacune des trois phases, et elle a pour ob- jet de présenter un appareil de ce genre perfectionné, simple, sûr et peu coûteux
Dans les applications des redresseurs, il est nécessaire de limi- ter le courant dans chaque chemin de redressement, à une valeur prédéterminée, pour éviter tous dommages au ou la destruction du redresseuro Ceci est accom- pli dans les applications des redresseurs biphasés au moyen d'un circuit de limitation du courant., qui est contrôlé par une tension continue de contrôle dérivée, après redressement,
d'une tension qui est induite dans 1* enroulement secondaire d'un seul transformateur de courant ayant deux enroulements pri- maires, un dans le circuit anodique de chacun des redresseurs. Ces enroule- ments primaires sont connectés de telle manière que l'impulsion de courant anodique redressé d'un redresseur produit un flux dans une direction dans le noyau, et 1.11 impulsion hnodique du second redresseur produit un flux dans la direction opposéeo Il en résulte que le flux dans le noyau est alternatif et la tension induite dans l'enroulement secondaire est une mesure précise des courants redressés dans les circuits anodiqueso Par conséquent,
la ten- sion redressée qui est dérivée de cette tension induite dans l'enroulement secondaire est aussi une mesure précise des courants redressés dans les cir- cuits anodiqueso
Si les enroulements primaires d'un transformateur de courant tri- phisé conventionnel sont connectés dans les circuits anodiques d'un redres- seur triphasée le flux dans le noyau aura une composante continueo Celle-ci produira la saturation du noyau et par conséquent la tension induite dans
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l'enroulement secondaire ne sera par une mesure vraie ou même raisonnablement proche de l'amplitude des courants redressés dans les circuits anodiques des trois phases et, par conséquent ne pourra pas être utilisée pour contrôler le circuit de limitation du courant.
Par conséquent, un objet de l'invention est de présenter un trans- formateur de courant triphasé dont la tension secondaire est une mesure pré- cise des courants redressés dans chacune des trois phases du redresseur.
Suivant une variante de l'invention, un transformateur est prévu avec un noyau ayant une branche centrale et deux branches extérieures. Sur chacune des deux branches extérieures, deux enroulements primaires et deux enroulements secondaires sont prévuso Deux des enroulements primaires qui sont montés sur les branches extérieures opposées du noyau sont connectés chacun dans une phase différente du redresseur principal triphasé, et les deux autres enroulements primaires qui sont aussi prévus sur les branches ex- térieures opposées, sont connectés en série dans la troisième phase. Deux des enroulements secondaires qui sont prévus sur les branches extérieures op- posées sont connectés en série et un redresseur auxiliaire est connecté dans leur circuit.
Les second et troisième redresseurs auxiliaires sont connectés dans le circuit des troisième et quatrième enroulements secondaires. Les cathodes de ces redresseurs auxiliaires sont connectées à un circuit de charge commun dans lequel une résistance est insérée. La tension qui apparaît aux bornes de cette résistance est une indication précise du courant redressé dans chaque phase du redresseur de puissance principale
On comprendra mieux les avantages et les caractéristiques nouvel- les de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent donnés simplement à titre d'exemple non limitatifs et dans lesquels : - la fig. 1 est une illustration schématique de l'incorporation de l'invention dans un système de contrôle de l'alimentation d'un moteur à courant continu par un redresseur triphasé;
- la figo 2 est une esquisse schématique d'un transformateur de courant triphasé qui est utilisé pour produire une tension qui est une indi- cation précise du courant redressé dans chacune des trois phases du redresseur principal et, - la figo 3 est un groupe de courbes caractéristiques qui facili- tent la compréhension du fonctionnement du transformateur.
En se référant aux figures, on vpit que l'armature du moteur à courant continu 1 est alimenté par l'intermédiaire d'un redresseur triphasé qui est représenté comme comprenant trois tubes redresseurs 2,3 et 4 qui sont de préférence des thyratrons. Ce redresseur triphasé est alimenté par l'intermédiaire d'un transformateur anodique 8, par une source triphasée con- venable qui est représentée par les trois lignes d'alimentation 5,6 et 7.
Comme représenté, le transformateur 8 possède un enroulement primaire connec- té en triangle et un enroulement secondaire connecté en étoile aux bornes 8a; 8b et 8c auxquelles les anodes 2a, 3a et 4a des thyratrons sont connectées au moyen des conducteurs 9,10 et 11, respectivement.
Pour contrôler le courant qui est fourni à l'armature du moteur, des moyens sont prévus pour appliquer à la grille de chacun des thyratrons une tension ayant une composante alternative et une composante continue varia- ble. Cette composante continue variable contrôle la phase du point d'alluma- ge du thyratron dans chaque demi-période positive de sa tension anodique, ce qui sert à contrôler l'amplitude moyenne du courant conduit par chaque thyra- tron.
La composante alternative est fournie par un transformateur 12 de tension de grille, triphasé, qui est constitué par les enroulements pri- maires 12a, 12b et 12c, connectés aux bornes secondaires 8a, 8b et 8c du
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transformateur anodique principal, et par les enroulements secondaires 12d,
12e et 12f qui sont connectés dans les circuits grille-cathode des thyratrons
2; 3 et 4, respectivement.
Comme chacun des enroulements primaires 12a, 12b et 12c, du transformateur de grille; est connecté aux bornes de deux des en- roulements secondaires du transformateur anodique, en série, les tensions in- duites dans les enroulements secondaires des transformateurs de grille seront déphasées d'environ 90 électriques par rapport aux tensions aux bornes 8a,
8b et 8c du transformateur anodiqueo En d'autres mots, la composante alter- native de tension qui est fournie à la grille de chaque thyratron va être déphasée en arrière par rapport à la tension anodique de ces thyratrons, de
90 environ.
La composante continue variable de la tension de grille est pro- duite par une unité de contrôle qui est représentée comme comprenant un poten- tiomètre 13, un tube électrique 14, et une résistance 15. Le potentiomètre est alimenté par une source convenable de tension continue de contrôleo
Cette source est illustrée comme étant constituée par un transformateur 16 de tension de contrôle ayant un enroulement primaire monophasé 16a qui est connecté aux conducteurs principaux d'alimentation 5 et 6, et un enroule- ment secondaire 16d à prise médiane. Une paire de condensateurs 17 et 18 sont connectés en série et leurs bornes extérieures 17a et l8a sont connec- tées par l'intermédiaire des redresseurs 19 et 20 aux bornes extérieures de l'enroulement secondaire 16b.
La borne commune 17b des condensateurs et la borne cathodique commune 21 des thyratrons sont connectées au point milieu 16c de l'enroulement secondaire. Les deux condensateurs servent donc de di- viseur de tension, la moitié de la tension de crête secondaire apparaissant aux bornes de chaque condensateur.
Le potentiomètre 13 est connecté aux bornes du condensateur 18.
Son curseur 13a est connecté à la grille 14c du tube 14 dont l'anode 14a est relié par la résistance 15 à la borne positive 17a du condensateur 17o Le circuit cathode-grille des thyratrons comporte le condensateur 17 et la ré- sistance 15 en série et, par conséquent, une composante de tension continue égale à la différence des tensions apparaissant aux bornes du condensateur 17 et de la résistance 15, s'ajoute à la composante alternative de tension dans le circuit de grilleo
De manière à fournir aux grilles des thyratrons une tension de polarisation continue qui est suffisamment négative par rapport aux tensions cathodiques pour produire une vitesse nulle du moteur lorsque le curseur 13a du potentiomètre est déplacé vers sa position la plus positive, c'est-à.-di- re,
vers sa position extrême dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre, une unité supplémentaire est connectée dans le circuit cathode-grille des thyratrons. Elle comprend un transformateur 16d, un condensateur 22 et un redresseur 23. Le condensateur est chargé sous une tension constante pré- déterminée et est connecté dans le circuit cathode-grille des thyratrons avec sa borne négative du côté des grilles. Sa tension est suffisamment négative pour polariser les thyratrons jusqu'à coupure du courant lorsque le curseir 13a est dans la position de^vitesse nulle. En conséquence, ce condensateur sera appelé "Condensateur de polarisation pour vitesse nulle".
Un filtre d'ondes est connecté aux bornes de l'armature du moteur 1, ce filtre comprenant une résistance 24 et un condensateur 25 connectés en série et ayant leur borne commune 24a connectée à la cathode 14d du tube 14 de contrôle de la vitesse.
Lorsque le curseur 13a est dans sa position extrême dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre, la tension de grille du tube 14 a sa valeur positive maximum et le tube conduit et produit une chute de ten- sion aux bornes de la résistance 15 qui est négative pour les grilles des thyratrons. Il en résulte que les tensions des grilles des thyratrons sont approximativement égales à la tension de la borne centrale 17b du diviseur de tension.
La tension de polarisation négative supplémentaire, aux bornes
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du condensateur 22, polarise les thyratrons jusqu'à coupure du courant d'où il résulte qu'une tension nulle est fournie au moteur et ce dernier est au repose
Le mouvement du curseur jusqu'à une position de vitesse intermé- diaire telle que par exemple la position de 25% de la vitesse qui est repré- sentée sur le dessin, rend la tension de la grille 14c plus négative par rap- port à la tension de la cathode 14b, diminuant ainsi la conduction du tube et diminuant en conséquence la chute de tension aux bornes de la résistance 15.
Ceci augmente la composante continue de la tension de grille des thyratrons ce qui provoque la conduction de ces derniers et une tension est fournie à l'armature du moteur lequel est accéléré à partir de sa position de repose
Lorsque sa vitesse augmente, sa contre-tension augmente aussi et la tension de la cathode 14b devient moins négative par rapport à la tension de la grille 14c. II en résulte que le courant traversant le tube 14 augmen- te, ce qui provoque un accroissement de la chute de tension aux bornes de la résistance 15o Ceci retarde le point d'allumage des thyratrons dans chaque demi-période positive de la tension anodique jusqu'à ce qu'une nouvelle con- dition d'équilibre soit établie dans laquelle la vitesse du moteur correspond au réglage du curseur 13a du potentiomètre.
Pour limiter le courant dans le circuit anode-cathode de chacun des thyratrons à une valeur sûre prédéterminée, une unité de contrôle est prévue pour produire une tension de contrôle proportionnelle au courant dans le circuit anode-cathode de chacun des thyratrons, pour la comparer avec une tension de référence et utiliser la différence entre ces tensions de référen- ce et de contrôle pour diminuer la composante continue de la tension de gril- le du thyratron.
La tension de référence de limitation du courant est produite au moyen d'un potentiomètre 26 qui est connecté aux bornes du condensateur 18 et qui est muni d'un curseur 26ao Pour produire la tension de contrôle pro- portionnelle au courant dans les circuits anode-cathode des thyratrons, un transformateur de courant triphasé 27, trois tubes électriques auxiliaires 28, 29 et 30, et une résistance 31, sont prévus. Comme représenté à la figo 2, le transformateur 27 possède un noyau 32 à trois branches, comprenant 2 branches extérieures 32a et 32b et une branche centrale 32co Sur la branche extérieure 32a sont prévus deux enroulements primaires 33 et 34 et deux en- roulements secondaires 35 et 360 De même sur la branche extérieure 32b sont prévus deux enroulements primaires 37 et 38 et deux enroulements secondaires 39 et 40.
Les enroulements secondaires 35 et 39 ont de préférence le même nombre de tours et les enroulements secondaires 36 et 40 ont de préférence chacun la moitié du nombre de tours des enroulements secondaires 35 et 390 Les enroulements primaires 33, 34, 37 et 38 ont tous le même nombre de tours.
Aucun enroulement n'est prévu sur la branche centrale 32c du noyauo L'enrou- lement primaire 33 est connecté dans le circuit anodique du thyratron 2 de telle manière que lorsque le thyratron est conducteur, le courant arrive par l'extrémité supérieure 32a d'où il résulte que le flux établi dans le noyau a la directismindiquée par les flèches en trait plein et graso Les enroule- ments primaires 34 et 37 sont connectés en série dans le circuit anodique du thyratron 3 de telle manière qu'ils produisent un flux dans la direction in- diquée par les flèches en traits pointillés. De même, l'enroulement primaire 38 est connecté dans le circuit anodique du thyratron 4 de manière que, lors- que le thyratron 4 est conducteur, le flux produit dans le noyau a la direc- tion indiquée par les flèches en trait plein fin.
Par conséquent, lorsque le thyratron 2 de la première phase est conducteur, la direction du flux est de bas en haut dans la branche 32a et de haut en bas dans la branche centraleo Lorsque le thyratron 3 de la seconde phase est conducteur, la direction du flux est de haut en bas dans la branche 32a et de bas en haut dans la branche 32b. Le flux dans la branche centrale est nul. Lorsque le thyratron 4 de la troisième phase est conducteur, la direction du flux est de haut en bas dans la branche 32b et de bas en haut dans la branche centrale.
De ce qui
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précède, il ressort que le fluxproduit dans chaque branche du noyau par les enroulements primaires 33, 34, 37 et 38, est alternatif et ne contient aucune composante continuée
Les enroulements secondaires 35, 36, 39 et 40 sont connectés en étoile avec les enroulements 36 et 40 connectés en série dans l'une des bran- ches de l'étoile. Les tubes électriques auxiliaires 28, 29 et 30 sont con- nectés respectivement dans les branches correspondantes de l'enroulement se= condaire connecté en étoile, comme représenté à la fige lo La résistance 31 est connectée dans le circuit de charge des tubes auxiliaires entre la con- nexion cathodique commune et le point neutre de l'enroulement secondaire.
Les résistances de charge 42 et 43 sont connectées aux bornes des enroulements secondaires' 35 et 39, respectivemento La résistance de l'élé- ment 31 est relativement élevée par rapport à la résistance des éléments 42 et 43. Le rapport se situe de préférence entre 10 et 20 à 1. Par exemple, la résistance de 1,'.élément 31 peut être de 100000 ohms et chacun des éléments
42 et 43 peut avoir une résistance de 10000 ohmso
La façon dont opère le transformateur 27 pour produire aux bornes de la résistance 31 une tension qui est une mesure précise du courant dans chaque phase du redresseur principal, se comprendra facilement en se référant au groupe de courbes caractéristiques de la figo 3 dans lesquelles les cour- bes 44, 45,
46 et 47 représentent les tensions aux bornes des enroulements secondaires 35, 36, 39 et 40o L'abscisse de ces courbes représente le temps et par conséquent, les périodes successives de conduction des thyratrons 2, 3 et 4 des premières seconde et troisième phases, respectivement.
Durant la période pendant laquelle le thyratron 2 est conducteur un flux est produit dans la branche extérieure 32a et dans la branche centrale du noyau et une tension est induite dans l'enroulement secondaire 35 qui est positive par rapport à l'anode du tube auxiliaire 28, comme représenté par'la première demi-période positive de la courbe 44 de la figo 3. De même, une tension est induite dans l'enroulement secondaire 36 puisque ce dernier est monté sur la même branche du noyau. Cependant, l'enroulement 36 est connec- té de telle manière que sa tension est négative vers l'anode du tube auxiliai- re 29, comme représenté par la première demi-période négative de la courbe 45.
Durant cette période de conduction, aucune tension n'est induite dans l'un on l'autre des enroulements secondaires 39 ou 40 puisque ces derniers sont montés sur la branche 32b du noyau. Par conséquent, la somme des tensions aux bor- nes des enroulements 36 et 40 connectés en série, est égale à la tension aux bornes de l'enroulement 36 et est négative vers l'anode du tube auxiliaire 29 comme représenté par la première demi-période négative de la courbe 48, qui représente la somme des tensions aux bornes des enroulements 36 et 40.
Par conséquent, seul le tube auxiliaire 28 conduit durant la période pendant la- quelle le thyratron 2 est conducteur et son courant produit une chute de ten- sion aux bornes de la résistance 31 qui est représentée par la première demi- période de la courbe 49, qui représente la tension aux bornes de cette résis- tance 31.
Durant la période pendant laquelle le thyratron 3 est conducteur, les enroulements primaires 34 et 37 sont alimentés et des flux sont produits dans les deux branches extérieures du noyau. Des tensions sont également in- duites dans les enroulements secondaires 35 et 36o Comme le flux produit par l'enroulement primaire 34 est en direction inverse dans la branche 32a du noyau par rapport au flux qui était produit par l'enroulement primaire 33, les tensions induites dans les enroulements secondaires 35 et 36 sont inver- sées, comme représenté par les secondes demi-périodes des courbes 44 et 45.
En d'autres termes, la tensioninduite dans l'enroulement secondaire 35 est@né- gative vers l'anode du tube auxiliaire 28 et la tension induite dans l'enrou- lement secondaire 36 est positive vers l'anode du tube auxiliaire 290
Simultanément, un flux est produit par l'enroulement primaire 37 dans la branche 32b du noyau et des tensions sont induites dans les enroule-
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ments secondaires 39 et 40. La tension induite dans l'enroulement 39 est né- gative vers l'anode du tube auxiliaire 30 comme représenté par la première demi-période négative de la courbe 46. D'autre part, la tension induite dans 1' enroulement 40 est positive vers l'anode du tube auxiliaire 29, comme repré- senté par la première demi-période positive de la courbe 47.
Comme les ten- sions induites dans les enroulements 35 et 39 sont négatives vers les anodes de leurs tubes auxiliaires respectifs 28 et 30, ces valves ne sont pas con- ductriceso Cependant, la somme des tensions aux bornes des enroulements 36 et 40 connectés en série, est positive vers l'anode de la valve 29, comme représenté par la seconde demi-période positive dola courbe 480 Par consé- quent, le tube 29 conduit et produit une chute de tension aux bornes de la résistance 31 qui est représentée par la seconde demi-période de la courbe49.
Comme le nombre de tours des enroulements secondaires 3 6 et 40 est seulement égal à la moitié de celui des enroulements secondaires 35 et 39, l'amplitude de la tension induite dans chacun des enroulements 36 et 40 est égal à la moitié de l'amplitude de la tension 'induite dans la bobine 35o Par conséquent l'amplitude de la somme des tensions induites dans les deux enroulements se- condaires 36 et 40, est égale à l'amplitude de la tension induite dans l'en- roulement 35, comme représenté à la figo 4 par la seconde demi-période de la courbe 48, dont l'amplitude est égale à celle des demi-périodes de la courbe 44.
Durant la période pendant laquelle le thyratron 4 est conducteur, l'enroulement primaire 38 est alimenté. Il produit un flux dans la branche32b du noyau qui induit une tension dans l'enroulement secondaire 39 qui est po- sitive vers l'anode du tube auxiliaire 30, et il produit une tension corres- pondante dans l'enroulement secondaire 40 qui est négative vers l'anode du tube auxiliaire 29o Ces tensions sont représentées par la seconde semi-pé- riode positive de la courbe 46 et la seconde demi-période négative de la courbe 47. La tension induite dans l'enroulement 39 rend conducteur le tube auxiliaire 30 et produit une chute de tensiomaux bornes de la résistance 31 qui est représentée par la troisième demi-période de la courbe 49.
Comme la résistance de l'élément 31 est de l'ordre de 10.000 ohms, le courant qui la traverse est relativement faible, quelques milliampères par exemple. Par conséquent, la composante du flux continu que ce courant redres- sé produit dans le noyau, est très petite. De plus, son effet est tellement surpassé par celui de la composante alternative relativement grande produite par la résistance relativement faible des éléments 42 et 43, que son effet est insignifiant et qu'il peut être négligée
Gomme ce flux continu produit dans le noyau 32 par les courants secondaires redressés est insignifiant, le noyau n'est pas saturé et la chute de tension produite aux bornes de la résistance 31 durant la période pendant laquelle chacun des thyratrons est conducteur, est une mesure certainement précise du courant dans chaque période de conduction.
Un tube 50 est .prévu pour comparer la chute de tension aux bor- nes de la résistance 31 avec la tension de référence de limitation du courant pour laquelle le potentiomètre 26 est réglé. Bien que ce tube 50 puisse être de tout type convenable, il est de préférence la moitié d'un tube triode dou- ble à enveloppe unique, dont l'autre moitié est le tube 14 de contrôle de la vitesseo
L'anode 50a du tube 50 est connectée à la borne 15a de la résis - tance 15 à laquelle l'anode 14a du tube de contrôle de la vitesse est égale- ment connectée Sa cathode 50b est connectée au curseur 26a du potentiomètre de limitation du courant, et sa grille 50c est connectée à la borne positive de la résistance 310
Aussi longtemps que le courant conduit par chacun des thyratrons est inférieur à la valeur pour laquelle le potentiomètre 26 est réglé,
le tube 50 n'est pas conducteur et n'a aucun effet sur le circuit de limitation du courante Cependant, si le courant conduit par l'un des thyratrons devient supérieur à la valeur prédéterminée, la chute de tension aux bornes de la
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résistance 31 croit et rend la tension de grille du tube 50 suffisamment moins négative pour que ce tube 50 devienne conducteuro Il en résulte que la chute de tension aux bornes de la résistance 15 augmente et la composante continue de la tension fournie aux grilles des thyratrons 2, 3 et 4, est réduite.
Ceci retarde le point d'allumage des thyratrons dans chaque demi-période positive de leurs tensions anodiques avec le résultetoue le courant conduit par chaque thyratron est diminué de façon correspondanteo Cette action continue jusqu'à ce que le courant conduit par chacun des thyratrons est diminué jusqu'à une valeur qui est égale ou inférieure à la valeur pour laquelle le potentiomètre 26 de limitation du courant est régléo
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S.E.M. Société d'Electricité et de Mécanique (PROCEDES THOMSON-HOUSTON, VAN den KERCHOVE & CARELS) Société Anonyme, residing in BRUSSELS.
CURRENT MEASURING DEVICE.
The present invention relates to apparatus for measuring rectified three-phase currents and more particularly to apparatus for measuring the rectified current in each of the three phases, and its object is to present an apparatus of this type, which is perfected, simple, reliable and inexpensive. expensive
In rectifier applications, it is necessary to limit the current in each rectifier path, to a predetermined value, to avoid any damage to or destruction of the rectifier. This is accomplished in two-phase rectifier applications by means of 'a current limiting circuit, which is controlled by a derivative DC voltage, after rectification,
of a voltage which is induced in the secondary winding of a single current transformer having two primary windings, one in the anode circuit of each of the rectifiers. These primary windings are connected in such a way that the rectified anode current pulse from one rectifier produces flux in one direction in the core, and 1.11 hnodic pulse from the second rectifier produces flux in the opposite direction o As a result the flux in the core is alternating and the voltage induced in the secondary winding is an accurate measure of the rectified currents in the anode circuits o Therefore,
the rectified voltage which is derived from this voltage induced in the secondary winding is also an accurate measure of the rectified currents in the anode circuits.
If the primary windings of a conventional three-phase current transformer are connected in the anode circuits of a three-phase rectifier the flux in the core will have a dc component This will produce the saturation of the core and therefore the induced voltage in
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the secondary winding will not be a true or even reasonably close measurement of the amplitude of the rectified currents in the anode circuits of the three phases and, therefore, cannot be used to control the current limiting circuit.
Therefore, an object of the invention is to provide a three-phase current transformer whose secondary voltage is an accurate measure of the rectified currents in each of the three phases of the rectifier.
According to a variant of the invention, a transformer is provided with a core having a central branch and two outer branches. On each of the two outer branches, two primary windings and two secondary windings are provided o Two of the primary windings which are mounted on the opposite outer branches of the core are each connected in a different phase of the three-phase main rectifier, and the other two primary windings which are also provided on the opposite outer branches, are connected in series in the third phase. Two of the secondary windings which are provided on the opposite outer branches are connected in series and an auxiliary rectifier is connected in their circuit.
The second and third auxiliary rectifiers are connected in the circuit of the third and fourth secondary windings. The cathodes of these auxiliary rectifiers are connected to a common load circuit into which a resistor is inserted. The voltage that appears across this resistor is a precise indication of the rectified current in each phase of the main power rectifier.
The advantages and the new characteristics 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 is a schematic illustration of the incorporation of the invention into a system for controlling the power supply of a direct current motor by a three-phase rectifier;
- figo 2 is a schematic sketch of a three-phase current transformer which is used to produce a voltage which is an accurate indication of the rectified current in each of the three phases of the main rectifier and, - figo 3 is a group of characteristic curves which make it easier to understand how the transformer works.
Referring to the figures, it can be seen that the armature of the DC motor 1 is supplied via a three-phase rectifier which is shown as comprising three rectifier tubes 2, 3 and 4 which are preferably thyratrons. This three-phase rectifier is supplied through an anode transformer 8, by a suitable three-phase source which is represented by the three supply lines 5, 6 and 7.
As shown, transformer 8 has a primary winding connected in delta and a secondary winding connected in star at terminals 8a; 8b and 8c to which the anodes 2a, 3a and 4a of the thyratrons are connected by means of the conductors 9, 10 and 11, respectively.
In order to control the current which is supplied to the armature of the motor, means are provided for applying to the grid of each of the thyratrons a voltage having an AC component and a variable DC component. This variable DC component controls the phase of the thyratron's ignition point in each positive half-period of its anode voltage, which is used to control the average amplitude of the current carried by each thyrotron.
The AC component is supplied by a three-phase grid voltage transformer 12 which is formed by the primary windings 12a, 12b and 12c, connected to the secondary terminals 8a, 8b and 8c of the.
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main anode transformer, and by the secondary windings 12d,
12e and 12f which are connected in the grid-cathode circuits of the thyratrons
2; 3 and 4, respectively.
Like each of the primary windings 12a, 12b and 12c, of the gate transformer; is connected to the terminals of two of the secondary windings of the anode transformer, in series, the voltages induced in the secondary windings of the grid transformers will be out of phase by approximately 90 electric with respect to the voltages at terminals 8a,
8b and 8c of the anode transformer o In other words, the alternating voltage component which is supplied to the gate of each thyratron will be out of phase with respect to the anode voltage of these thyratrons, by
About 90.
The variable DC component of the gate voltage is produced by a control unit which is shown as comprising a potentiometer 13, an electric tube 14, and a resistor 15. The potentiometer is supplied by a suitable source of DC voltage. control
This source is illustrated as being constituted by a control voltage transformer 16 having a single phase primary winding 16a which is connected to the main supply conductors 5 and 6, and a secondary winding 16d with center tap. A pair of capacitors 17 and 18 are connected in series and their outer terminals 17a and 18a are connected through rectifiers 19 and 20 to the outer terminals of secondary winding 16b.
The common terminal 17b of the capacitors and the common cathode terminal 21 of the thyratrons are connected to the midpoint 16c of the secondary winding. The two capacitors therefore serve as voltage divider, half of the secondary peak voltage appearing at the terminals of each capacitor.
The potentiometer 13 is connected to the terminals of the capacitor 18.
Its cursor 13a is connected to the grid 14c of the tube 14, the anode 14a of which is connected by the resistor 15 to the positive terminal 17a of the capacitor 17o The cathode-grid circuit of the thyratrons comprises the capacitor 17 and the resistor 15 in series and, therefore, a DC voltage component equal to the difference of the voltages appearing across the capacitor 17 and the resistor 15, is added to the AC voltage component in the grid circuit.
So as to provide the thyratron gates with a DC bias voltage which is sufficiently negative with respect to the cathode voltages to produce zero motor speed when the potentiometer slider 13a is moved to its most positive position, that is. -said,
towards its extreme counterclockwise position, an additional unit is connected in the cathode-grid circuit of the thyratrons. It comprises a transformer 16d, a capacitor 22 and a rectifier 23. The capacitor is charged under a predetermined constant voltage and is connected in the cathode-gate circuit of the thyratrons with its negative terminal on the gate side. Its voltage is negative enough to polarize the thyratrons until the current is cut off when the curseir 13a is in the zero speed position. Accordingly, this capacitor will be referred to as a "Zero Speed Bias Capacitor".
A wave filter is connected to the terminals of the armature of the motor 1, this filter comprising a resistor 24 and a capacitor 25 connected in series and having their common terminal 24a connected to the cathode 14d of the speed control tube 14.
When slider 13a is in its extreme counterclockwise position, the grid voltage of tube 14 is at its maximum positive value and the tube conducts and produces a voltage drop across the terminal. resistance 15 which is negative for the gates of the thyratrons. As a result, the voltages of the gates of the thyratrons are approximately equal to the voltage of the central terminal 17b of the voltage divider.
The additional negative bias voltage, across
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of the capacitor 22, polarizes the thyratrons until the current is cut off, whereby zero voltage is supplied to the motor and the latter is at rest
Movement of the slider to an intermediate speed position such as, for example, the 25% speed position which is shown in the drawing, makes the voltage of the grid 14c more negative with respect to the voltage of cathode 14b, thus decreasing the conduction of the tube and consequently decreasing the voltage drop across resistor 15.
This increases the DC component of the gate voltage of the thyratrons which causes them to conduction and a voltage is supplied to the armature of the motor which is accelerated from its rest position.
As its speed increases, its counter-voltage also increases and the voltage of cathode 14b becomes less negative with respect to the voltage of gate 14c. As a result, the current flowing through tube 14 increases, which causes an increase in the voltage drop across resistor 15 ° This delays the ignition point of the thyratrons in each positive half-period of the anode voltage until that a new equilibrium condition is established in which the motor speed corresponds to the setting of potentiometer slider 13a.
To limit the current in the anode-cathode circuit of each of the thyratrons to a predetermined safe value, a control unit is provided to produce a control voltage proportional to the current in the anode-cathode circuit of each of the thyratrons, to compare it with a reference voltage and use the difference between these reference and control voltages to decrease the DC component of the thyratron gate voltage.
The current limiting reference voltage is produced by means of a potentiometer 26 which is connected to the terminals of the capacitor 18 and which is provided with a cursor 26ao To produce the control voltage proportional to the current in the anode circuits. thyratron cathode, a three-phase current transformer 27, three auxiliary electric tubes 28, 29 and 30, and a resistor 31, are provided. As shown in FIG. 2, the transformer 27 has a core 32 with three branches, comprising two outer branches 32a and 32b and a central branch 32co On the outer branch 32a are provided two primary windings 33 and 34 and two secondary windings 35 and 360 Similarly on the outer branch 32b are provided two primary windings 37 and 38 and two secondary windings 39 and 40.
The secondary windings 35 and 39 preferably have the same number of turns and the secondary windings 36 and 40 each preferably have half the number of turns of the secondary windings 35 and 390 The primary windings 33, 34, 37 and 38 all have the same number of turns. same number of turns.
No winding is provided on the central branch 32c of the core. The primary winding 33 is connected in the anode circuit of the thyratron 2 in such a way that when the thyratron is conducting, the current flows through the upper end 32a of where it results that the flux established in the core has the direction indicated by the arrows in solid and bold lines o The primary windings 34 and 37 are connected in series in the anode circuit of the thyratron 3 in such a way that they produce a flux in the direction indicated by the arrows in dotted lines. Likewise, primary winding 38 is connected in the anode circuit of thyratron 4 so that, when thyratron 4 is conducting, the flux produced in the core has the direction indicated by the arrows in thin solid lines.
Therefore, when the thyratron 2 of the first phase is conductive, the direction of flow is from the bottom up in the branch 32a and up and down in the central branch o When the thyratron 3 of the second phase is conductive, the direction of the flow is top to bottom in branch 32a and bottom to top in branch 32b. The flow in the central branch is zero. When the thyratron 4 of the third phase is conductive, the flow direction is up and down in the branch 32b and from the bottom up in the central branch.
Of which
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above, it appears that the flux produced in each branch of the core by the primary windings 33, 34, 37 and 38, is alternating and does not contain any DC component.
The secondary windings 35, 36, 39 and 40 are connected in a star with the windings 36 and 40 connected in series in one of the branches of the star. The auxiliary electric tubes 28, 29 and 30 are respectively connected in the corresponding branches of the secondary winding connected in star, as shown in the figure lo Resistor 31 is connected in the load circuit of the auxiliary tubes between the common cathode connection and the neutral point of the secondary winding.
Load resistors 42 and 43 are connected across secondary windings 35 and 39, respectively. The resistance of element 31 is relatively high compared to the resistance of elements 42 and 43. The ratio is preferably between 10 and 20 to 1. For example, the resistance of 1.1 '. Element 31 can be 100,000 ohms and each of the elements
42 and 43 can have a resistance of 10,000 ohms
The way in which the transformer 27 operates to produce across the resistor 31 a voltage which is an accurate measurement of the current in each phase of the main rectifier, will be easily understood by referring to the group of characteristic curves in figo 3 in which the curves - bes 44, 45,
46 and 47 represent the voltages at the terminals of the secondary windings 35, 36, 39 and 40o The abscissa of these curves represents the time and consequently, the successive periods of conduction of thyratrons 2, 3 and 4 of the first second and third phases, respectively.
During the period in which the thyratron 2 is conducting a flux is produced in the outer branch 32a and in the central branch of the core and a voltage is induced in the secondary winding 35 which is positive with respect to the anode of the auxiliary tube 28 , as represented by the first positive half-period of the curve 44 of FIG. 3. Likewise, a voltage is induced in the secondary winding 36 since the latter is mounted on the same branch of the core. However, coil 36 is connected such that its voltage is negative to the anode of auxiliary tube 29, as represented by the first negative half-period of curve 45.
During this conduction period, no voltage is induced in one or the other of the secondary windings 39 or 40 since the latter are mounted on the branch 32b of the core. Therefore, the sum of the voltages at the terminals of the windings 36 and 40 connected in series, is equal to the voltage at the terminals of the winding 36 and is negative towards the anode of the auxiliary tube 29 as represented by the first half. negative period of curve 48, which represents the sum of the voltages across windings 36 and 40.
Therefore, only the auxiliary tube 28 conducts during the period that the thyratron 2 is conducting and its current produces a voltage drop across resistor 31 which is represented by the first half period of curve 49. , which represents the voltage across this resistor 31.
During the period that the thyratron 3 is conducting, the primary windings 34 and 37 are energized and fluxes are produced in the two outer branches of the core. Voltages are also induced in the secondary windings 35 and 36o As the flux produced by the primary winding 34 is in the reverse direction in the branch 32a of the core compared to the flux which was produced by the primary winding 33, the voltages induced in the secondary windings 35 and 36 are reversed, as represented by the second half-periods of curves 44 and 45.
In other words, the voltage induced in the secondary winding 35 is negative towards the anode of the auxiliary tube 28 and the voltage induced in the secondary winding 36 is positive towards the anode of the auxiliary tube 290.
Simultaneously, a flux is produced by the primary winding 37 in the branch 32b of the core and voltages are induced in the windings.
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secondary elements 39 and 40. The voltage induced in the winding 39 is negative towards the anode of the auxiliary tube 30 as represented by the first negative half-period of the curve 46. On the other hand, the voltage induced in 1 Winding 40 is positive toward the anode of auxiliary tube 29, as represented by the first positive half-period of curve 47.
As the voltages induced in the windings 35 and 39 are negative towards the anodes of their respective auxiliary tubes 28 and 30, these valves are not conductive. However, the sum of the voltages at the terminals of the windings 36 and 40 connected in series , is positive towards the anode of the valve 29, as represented by the second positive half-period dola curve 480 Consequently, the tube 29 conducts and produces a voltage drop across the resistor 31 which is represented by the second half-period of the curve 49.
As the number of turns of the secondary windings 36 and 40 is only equal to half that of the secondary windings 35 and 39, the amplitude of the voltage induced in each of the windings 36 and 40 is equal to half of the amplitude of the voltage induced in the coil 35o Therefore the magnitude of the sum of the voltages induced in the two secondary windings 36 and 40, is equal to the magnitude of the voltage induced in the winding 35, as shown in figo 4 by the second half-period of curve 48, the amplitude of which is equal to that of the half-periods of curve 44.
During the period during which the thyratron 4 is conducting, the primary winding 38 is powered. It produces a flux in the branch 32b of the core which induces a voltage in the secondary winding 39 which is positive towards the anode of the auxiliary tube 30, and it produces a corresponding voltage in the secondary winding 40 which is negative. to the anode of the auxiliary tube 29o These voltages are represented by the second positive half-period of curve 46 and the second negative half-period of curve 47. The voltage induced in winding 39 makes the auxiliary tube conductive. 30 and produces a drop in terminal tensiomals of resistor 31 which is represented by the third half-period of curve 49.
As the resistance of element 31 is of the order of 10,000 ohms, the current flowing through it is relatively low, a few milliamps for example. Therefore, the component of the continuous flux that this rectified current produces in the core is very small. Moreover, its effect is so outweighed by that of the relatively large AC component produced by the relatively low resistance of elements 42 and 43, that its effect is insignificant and can be overlooked.
Since this continuous flow produced in the core 32 by the rectified secondary currents is insignificant, the core is not saturated and the voltage drop produced across the resistor 31 during the period during which each of the thyratrons is conducting, is a measurement certainly accurate current in each conduction period.
A tube 50 is provided to compare the voltage drop across the resistor 31 with the current limiting reference voltage for which the potentiometer 26 is set. Although this tube 50 can be of any suitable type, it is preferably one half of a single-shell double triode tube, the other half of which is the speed control tube 14.
The anode 50a of the tube 50 is connected to the terminal 15a of the resistor 15 to which the anode 14a of the speed control tube is also connected Its cathode 50b is connected to the slider 26a of the speed limit potentiometer. current, and its gate 50c is connected to the positive terminal of resistor 310
As long as the current conducted by each of the thyratrons is less than the value for which the potentiometer 26 is set,
the tube 50 is not conductive and has no effect on the current limiting circuit However, if the current carried by one of the thyratrons becomes greater than the predetermined value, the voltage drop across the terminals of the
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resistor 31 grows and makes the grid voltage of tube 50 sufficiently less negative for this tube 50 to become conductiveo As a result, the voltage drop across resistor 15 increases and the DC component of the voltage supplied to the gates of thyratrons 2 , 3 and 4, is reduced.
This delays the ignition point of the thyratrons in each positive half-period of their anode voltages with the result that the current conducted by each thyratron is correspondingly decreased o This action continues until the current conducted by each of the thyratrons is decreased up to a value which is equal to or lower than the value for which the current limiting potentiometer 26 is set.