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Dans la technique de réglage et de commande, en particulier lorsqu'on utilise des tubes électroniques, on a souvent besoin de tensions alternatives ou courants alternatifs ayant une allure spéciale en fonction du temps. En pareil cas entrent aussi en question des tensions et courants qui présentent, dans leur représentation graphique en fonction du temps, une ligne en dents de scie ou de forme rectangulaire, la fréquence devant souvent atteindre un multiple de la fréquence normale du courant alternatif.
L'invention a pour but de créer un convertisseur de fréquen- ce statique convenant pour de telles applications et qui est simple et fait une bonne utilisation des matériaux mis en oeuvre.
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On connaît déjà des convertisseurs de fréquence pour transformer uncourant alternatif n-phasé en un courant alterna- tif monophasé de fréquence n fois plus grande, dans lesquels des bobines de self à noyau de fer à aimantation préalable par courant continu, qui sont associées chacune à une des phases, sont reliées au système de courant alternatif n-phasé et entre elles, par exemple couplées en étoile, de telle façon, que. l'on puisse enlever au dispositif une tension qui est formée par l'addition des tensions de phase individuelles. Dans ces . convertisseurs de fréquence l'aimantation préalable par courant continu était réglée de telle façon que la durée de la partie positive de l'onde, correspondant uniquement à l'aimantation préalable, atteint pour chaque phase 1 de la durée totale de n la période.
De cette façon on obtient par l'addition des n- tensions une tension-somme de fréquence n fois plus grande et d'allure approximativement sinusoïdale.
Un inconvénient de cette disposition connue réside dans le fait que l'aimantation préalable par courant continu .doit être réglée de façon précise et doit être maintenue constante.
En outre, de tels dispositifs ne peuvent être que faiblement chargés, de sorte qu'il y a une mauvaise utilisation des maté- riaux employés par rapport à la puissance de sortie qui est dis- ponible.
L'invention est basée sur la constatation que par une augmentation de l'aimantation préalable par courant continu jusqu'à un multiple de la valeur nécessaire pour obtenir une allure sinusoïdale de la tension, la charge imposable à un tel dispositif peut être augmentée dans une mesure considérable, que l'on peut donc obtenir une bonne utilisation des matériaux et que l'on peut ainsi réaliser les formes spéciales des lignes caractéristiques qui sont souvent nécessaires et dont il est question ci-dessus. Les résultats sont particulièrement favorables
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lorsqu'on utilise, pour les noyaux des bobines de self ou des transformateurs, des matières faiblement magnétiques du type connu, ayant des lignes caractéristiques d'aimantation à coude brusque.
L'invention met cette constatation à profit et concerne un convertisseur de fréquence statique alimenté par un système à courant alternatif n-phasé et servant à produire un courant alternatif mono-phasé de fréquence n fois plus grande, lequel convertisseur est formé de transformateurs monophasés associés chacun à une des phases, qui sont couplés en étoile du côté primaire et ont des noyaux à aimantation préalable par courant continu, mais dans lequel les ampère-tours de magnétisation préalable par courant continu sont toutefois un multiple des ampère-tours nécessaires pour la saturation magnétique des noyaux des transformateurs, établis en une matière faiblement magné- tique ayant une caractéristique d'aimantation à coude brusque.
Les figures 1-3 montrent schématiquement quelques exemples d'exécution de l'invention. Ces exemples supposent l'emploi d'un système triphasé comme système d'alimentation à courant alter- natif n-phasé.
Aux trois conducteurs de phases R, S, T du système tri- phasé sont raccordés les transformateurs 1, 2, 3 à noyaux du genre envisagé ci-dessus, avec couplage en étoile des enroule- ments primaires la, 2a, 3a.
Selon la figure 1, la source de courant continu 4 fournis- sant le courant d'aimantation préalable est raccordée, d'une part, au point neutre du côté primaire des transformateurs et, d'autre part, au conducteur neutre 0 du système triphasé.
Une bobine de self 5 sert à maintenir constant le courant con- tinu d'aimantation préalable, sans prendre en considération la tension alternative se manifestant dans le circuit d'aimanta- tion préalable. Les enroulements secondaires lb, 2b, 3b des transformateurs sont couplés en série dans le même sens et reliés aux bornes 6 et 7, auxquelles se manifeste une tension
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alternative de fréquence n fois plus grande et auxquelles on pou@ enlever encourant correspondant
La figure 2 montre une inversion de la disposition selon la figure 1.
Le courant d'aimantation préalable passe par les enroulements secondaires lb, 2b, 3b couplés en série, tandis que les bornes 6, 7, servant à l'enlèvement d'un courant alternatif de fréquence n fois plus grande sont reliées, d'une part, au point neutre du côté primaire des transformateurs et, d'autre part, au conducteur neutre 0 du système triphasé.
Dans la disposition selon la figure 3, les enroulements secondaires lb, 2b, 3b servent à l'aimantation préalable et les enroulements tertiaires le, 2c, 3c servent à l'enlèvement du courant alternatif de fréquence n fois plus grande.
Le fonctionnement des trois dispositions est à peu près le même et sera décrit ci-après.
Par suite de l'aimantation préalable des noyaux des trans- formateurs, qui est grande par rapport aux ampère-tours nécessaires pour la saturation magnétique des noyaux, chacun des troiq noyaux se trouve à tour de rôle en saturation magnétique. Si l'on suppose une allure rectangulaire de la caractéristique d'aimantation et si l'on néglige la chute de tension dans les enroulements, la tension aux enroulements du noyau juste saturé est toujours nulle. Le point neutre a donc le potentiel de la phase dans laquelle se trouve chaque fois le noyau de transfor- mateur qui est saturé. Pour des raisons de symétrie la période de saturation pour chaque transformateur dure 1 d'une période, n dans le casjenvisagé donc 120 él.
Tel qu'on peut le conclure théoriquement et que l'expérience l'a confirmé, cette période de saturation est située, dans le temps, symétriquement par rapport au passage par zéro de la tension entre le conducteur de phase correspondant et le point neutre.
Etant donné que, comme il a été signalé, la tension du
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point neutre des transformateurs a chaque fois pendant un tiers de période la même évolution par rapport au conducteur neutre du système triphasé que le conducteur de phase correspondant du système triphasé, il se produit entre les bornes 6 et 7 d'une disposition selon la figure 2, une évolution de la tension en fonction du temps telle que représentée par le gros trait plein dans la figure 4 ou 5.
Comme on le comprend aisément, une tension d'allure similai- re se produit aussi entre les bornes 6 et 7 des dispositions selon les figures 1 et 3.
Abstraction faite d'une chute de tension résultant de la résistance et de l'inductance de dispersion des enroulements, il ne change en substance rien à l'allure de la tension entre les bornes 6 et 7 lorsqu'un courant est enlevé du dispositif à ces bornes, aussi longtemps que ce courant reste au-dessous d'une limite qui est donnée par les ampère-tours produisant l'aimantation préalable.
Par une modification des ampère-tours à courant continu la charge imposable au dispositif peut donc être adaptée aux conditions particulières dans chaque cas d'application. Des conditions favorables de travail pour le fonctionnement du convertisseur de fréquence selon l'invention pour une charge donnée peuvent être réalisées si l'on donne aux transformateurs des dimensions telles que la puissance voulue puisse être délivrée avec des ampère-tours à courant continu produisant l'aimantation préalable, qui sont environ le décuple de ce qui est nécessaire pour atteindre la saturation magnétique des noyaux des transformateurs.
Si l'on veut obtenir, non pas une allure en dents de scie, mais une allure approximativement rectangulaire des tensions alternatives ou des courants alternatifs de fréquence n fois plus grande, ce but peut être atteint par une autre forme d'exécution
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de l'invention, selon laquelle deux groupes comprenant chacun n transformateurs couplés en étoile du côté primaire, associés aux n phases du système à courant alternatif d'alimentation, forment chacun un convertisseur de fréquence élémentaire du genre décrit ci-dessus, dans laquelle disposition les noyaux des transformateurs des convertisseurs de fréquence élémentaires sont aimantés préalablement en sens opposés, tandis que les tensions des deux convertisseurs de fréquence élémentaire,
servant à engendrer des courants alternatifs de fréquence n fois plus grande sont superposées l'une à l'autre dans le sens d'un couplage en série.
Par suite de l'aimantation préalable en sens opposés des noyaux des transformateurs, les deux convertisseurs de fréquence élémentaires produisent des tensions en dents de scie, dans lesquelles les parties obliques des caractéristiques sont incli- nées suivant des sens opposés, tel qu'il ressort des figures 4 et 5. L'addition de ces deux tensions donne alors une tension totale de forme approximativement rectangulaire, tel que montré dans la figure 6.
Des dispositions de couplage à l'aide desquelles on peut engendrer des tensions ou courants de ce genre sont représentées dans les figures 7, 8 et 9. Les références employées dans ces figures sont les mêmes que dans les figures 1-3, sauf que les parties correspondantes du deuxième convertisseur de fréquence sont indiquées par l', 2', 3', etc.
L'invention n'est pas limitée à la production d'une tension de fréquence triple à partir d'un système triphasé, mais peut aussi être appliquée dans le cas de systèmes à courant alternatif ayant d'autres nombres de phases. A titre d'exemple, la figure 10 montre un convertisseur de fréquence pour la production d'une tension en dents de scie de fréquence sextuple, dans lequel le système triphasé R, S, T, est d'abord transformé, de la façon connue en soi, en un système de courant alternatif à six phases, à l'aide d'un transformateur 8 à six phases du
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côté secondaire. La production d'une tension en dents de scie à fréquence sextuple à partir de ce système à six phases se fait alors d'une façon analogue à celle décrite pour les autres exemples.
D'autres variantes de ces dispositions sont possibles.
Tel qu'il ressort plus spécialement de la figure 2 et de la des- cription qui l'accompagne, la tension en dents de scie de fréquence triple se manifeste dans ce cas aussi aux bornes de la bobine de self 5. Si l'on munit cette bobine d'un enroulement secondaire on peut aussi enlever à celui-ci un courant correspon- dant de fréquence triple.
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In the art of regulation and control, in particular when using electron tubes, there is often a need for alternating voltages or alternating currents having a special appearance as a function of time. In such a case also come into question voltages and currents which present, in their graphical representation as a function of time, a sawtooth or rectangular line, the frequency often having to reach a multiple of the normal frequency of the alternating current.
The object of the invention is to create a static frequency converter suitable for such applications and which is simple and makes good use of the materials used.
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Frequency converters are already known for transforming an n-phase alternating current into a single-phase alternating current of frequency n times greater, in which coils of chokes with an iron core with prior magnetization by direct current, which are each associated with one of the phases, are connected to the n-phase alternating current system and to each other, for example coupled in a star, in such a way that. a voltage can be removed from the device which is formed by the addition of the individual phase voltages. In these . frequency converters the prior magnetization by direct current was adjusted in such a way that the duration of the positive part of the wave, corresponding only to the prior magnetization, reached for each phase 1 of the total duration of n the period.
In this way one obtains by the addition of the n-voltages a voltage-sum of frequency n times greater and of approximately sinusoidal shape.
A drawback of this known arrangement lies in the fact that the prior magnetization by direct current must be adjusted precisely and must be kept constant.
Furthermore, such devices can only be lightly loaded, so that there is a misuse of the materials employed in relation to the output power which is available.
The invention is based on the finding that by increasing the prior magnetization by direct current up to a multiple of the value necessary to obtain a sinusoidal shape of the voltage, the load imposed on such a device can be increased in a considerable measure, that a good use of the materials can therefore be achieved and thus the special shapes of the characteristic lines which are often required and discussed above can be achieved. The results are particularly favorable
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when using, for the cores of the choke coils or transformers, weakly magnetic materials of the known type, having characteristic lines of snap-bend magnetization.
The invention takes advantage of this finding and relates to a static frequency converter supplied by an n-phase alternating current system and serving to produce a single-phase alternating current of frequency n times greater, which converter is formed by associated single-phase transformers. each to one of the phases, which are star-coupled on the primary side and have cores pre-magnetized by direct current, but in which the ampere-turns of pre-magnetization by direct current are however a multiple of the ampere-turns necessary for saturation magnetic core of the transformers, made of a weakly magnetic material with a characteristic of snap-to-knee magnetization.
Figures 1-3 show schematically some examples of execution of the invention. These examples assume the use of a three-phase system as the n-phase AC power system.
To the three phase conductors R, S, T of the three-phase system are connected the core transformers 1, 2, 3 of the type considered above, with star coupling of the primary windings 1a, 2a, 3a.
According to figure 1, the direct current source 4 supplying the prior magnetization current is connected, on the one hand, to the neutral point on the primary side of the transformers and, on the other hand, to the neutral conductor 0 of the three-phase system. .
An inductor coil 5 serves to keep the direct current of the pre-magnetization constant, without taking into account the alternating voltage appearing in the pre-magnetization circuit. The secondary windings lb, 2b, 3b of the transformers are coupled in series in the same direction and connected to terminals 6 and 7, to which a voltage appears.
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alternative frequency n times greater and from which we can remove the corresponding incurring
Figure 2 shows an inversion of the arrangement according to figure 1.
The previous magnetization current passes through the secondary windings lb, 2b, 3b coupled in series, while the terminals 6, 7, serving for the removal of an alternating current of frequency n times greater are connected, with a on the one hand, at the neutral point on the primary side of the transformers and, on the other hand, at the neutral conductor 0 of the three-phase system.
In the arrangement according to FIG. 3, the secondary windings 1b, 2b, 3b serve for the preliminary magnetization and the tertiary windings 1c, 2c, 3c serve for the removal of the alternating current of frequency n times greater.
The operation of the three arrangements is roughly the same and will be described below.
As a result of the prior magnetization of the cores of the transformers, which is large in relation to the ampere-turns required for the magnetic saturation of the cores, each of the three cores is in turn in magnetic saturation. If we assume a rectangular shape of the magnetization characteristic and if we neglect the voltage drop in the windings, the voltage at the windings of the just saturated core is always zero. The neutral point therefore has the potential of the phase in which the transformer core is located each time, which is saturated. For reasons of symmetry, the saturation period for each transformer lasts 1 of a period, n in the case considered therefore 120 el.
As can be concluded theoretically and as experience has confirmed, this saturation period is located, in time, symmetrically with respect to the zero crossing of the voltage between the corresponding phase conductor and the neutral point.
Since, as has been reported, the voltage of the
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neutral point of the transformers each time for a third of a period the same evolution with respect to the neutral conductor of the three-phase system as the corresponding phase conductor of the three-phase system, it occurs between terminals 6 and 7 of an arrangement according to figure 2 , an evolution of the voltage as a function of time as represented by the large solid line in figure 4 or 5.
As can easily be understood, a voltage of similar appearance also occurs between terminals 6 and 7 of the arrangements according to Figures 1 and 3.
Apart from a voltage drop resulting from the resistance and dispersion inductance of the windings, it does not substantially change the shape of the voltage between terminals 6 and 7 when current is removed from the device to these terminals, as long as this current remains below a limit which is given by the ampere-turns producing the prior magnetization.
By modifying the DC ampere-turns, the load imposed on the device can therefore be adapted to the particular conditions in each case of application. Favorable working conditions for the operation of the frequency converter according to the invention for a given load can be achieved if the transformers are given such dimensions that the desired power can be delivered with direct current ampere-turns producing l prior magnetization, which is about ten times what is needed to achieve the magnetic saturation of the transformer cores.
If it is desired to obtain, not a sawtooth shape, but an approximately rectangular shape of the alternating voltages or of the alternating currents of frequency n times greater, this goal can be achieved by another embodiment
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of the invention, according to which two groups each comprising n star-coupled transformers on the primary side, associated with the n phases of the AC power supply system, each form an elementary frequency converter of the type described above, in which arrangement the cores of the transformers of the elementary frequency converters are magnetized beforehand in opposite directions, while the voltages of the two elementary frequency converters,
used to generate alternating currents of frequency n times greater are superimposed on each other in the direction of a series coupling.
As a result of the prior magnetization in opposite directions of the cores of the transformers, the two elementary frequency converters produce sawtooth voltages, in which the oblique parts of the characteristics are inclined in opposite directions, as it emerges. of Figures 4 and 5. The addition of these two voltages then gives a total voltage of approximately rectangular shape, as shown in Figure 6.
Coupling arrangements by which such voltages or currents can be generated are shown in Figures 7, 8 and 9. The references used in these figures are the same as in Figures 1-3, except that corresponding parts of the second frequency converter are indicated by the, 2 ', 3', etc.
The invention is not limited to the production of a voltage of three-phase frequency from a three-phase system, but can also be applied in the case of AC systems having other numbers of phases. By way of example, Fig. 10 shows a frequency converter for producing a sawtooth voltage of six-fold frequency, in which the three-phase system R, S, T, is first transformed, in the known manner per se, in a six-phase AC system, using an 8-phase transformer of the
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secondary side. The generation of a six-fold sawtooth voltage from this six-phase system is then done in a manner similar to that described for the other examples.
Other variations of these arrangements are possible.
As emerges more especially from FIG. 2 and the description which accompanies it, the sawtooth voltage of triple frequency is manifested in this case also at the terminals of the choke coil 5. If one by providing this coil with a secondary winding, a corresponding current of triple frequency can also be removed from it.