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Cette invention a pour objet un transformateur multiplicateur de puis- sance de construction perfectionnée comportant une correction du facteur de puis- sance.
Il existe déjà des dispositifs pour tripler la fréquence d'entrée d'une source d'alimentation polyphasée, transformant cette alimentation en mono- . phasé, mais ces dispositifs ne conviennent pas pour diverses raisons à une utili- sation dans des circuits d'alimentation.
La puissance de sortie à haute fréquence est, en effet, relativement faible pour des transformateurs de grandes dimensions. Bien que les dispositifs antérieurs fonctionnent de façon satisfaisante comme amplificateurs sensibles à la tension, la tension aux bornes de sortie des enroulements secondaires varie entre de larges limites lors de variations de la tension primaire, et la réactan- ce de l'enroulement haute fréquence est très élevée. De plus, pour des densités de flux élevées de la matière constitutive du noyau auxquelles s'amorce la pro- duction d'harmoniques élevées, le courant qui parcourt les enroulements primaires est déformé dans une mesure telle qu'une correction du facteur de puissance dans les enroulements primaires n'est pas possible.
Les transformateurs multiplicateurs de fréquence antérieurement cons- truits ne fournissent pas un facteur de puissance supérieur à 0,5 quelles que soient les dimensions des condensateurs conjugués aux enroulements primaires. Il en résulte que les dispositifs antérieurs à faible facteur de puissance envoient des harmoniques élevées dans les lignes d'alimentation et ont un encombrement trop grand pour un faible courant de sortie. Ces dispositifs antérieurs n'ont donc pu trouver d'emploi généralisé dans l'industrie.
L'invention a essentiellement pour but de permettre la réalisation d'un transformateur multiplicateur de fréquence comportant une correction satis- faisante du facteur de puissance et se prêtant à un emploi général dans l'indus- trie.
Ce transformateur multiplicateur de fréquence tel que le prévoit l'in- vention est remarquable notamment en ce qu'il comprend, d'une part, un enroule- ment compensateur correspondant à chaque enroulement primaire et couplé magnéti- quement à celui-ci et, d'autre part, un condensateur associé avec chaque enroule- ment compensateur et destiné à compenser la distorsion ou déformation du courant qui parcourt les enroulements primaires,
Une autre particularité de ce transformateur multiplicateur de fré- quence tel que le prévoit l'invention est qu'il permet de commander la puissance du courant de sortie et qu'il est utilisable de façon générale pour multiplier la fréquence de n'importe quelle source d'alimentation polyphasée.
L'invention est matérialisée dans un transformateur multiplicateur de fréquence alimenté par une source d'énergie électrique polyphasée à fréquence prédéterminée comprenant, en combinaison, un noyau ménageant pour chaque phase de cette source d'énergie électrique un trajet de flux fermé, un enroulement pri- maire monté sur chaque noyau et pouvant être connecté à la source d'énergie élec- trique avec la phase correcte, un enroulement secondaire correspondant à chaque enroulement primaire, et un enroulement compensateur couplé magnétiquement à cha- que.enroulement primaire et conjugué à un condensateur afin de compenser les dé- formations de la source d'alimentation.
L'invention prévoit également un enroulement de commande correspondant à chaque noyau et destiné.à agir sur la saturation de ce dernier et par là même sur la puissance de sortie de l'enroulement secondaire.
L'invention est décrite ci-après en regard des dessins annexés qui en représentent un exemple de réalisation comportant des noyaux séparés ménageant un trajet de flux fermé pour chaque phase d'une source de puissance ou d'alimentation mais ce montage n'est pas limitatif et les noyaux peuvent être partiellement combi-
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nés physiquement sans que le fonctionnement général subisse pour autant des change- ments.
Dans les dessins annexés :
La fig. 1 est un schéma d'une réalisation simple du transformateur multiplicateur de fréquence tel que le prévoit l'invention.
La fige 2 est un autre schéma montrant de quelle façon peut être éta- bli le transformateur visible sur la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en plan d'un des ensembles à noyau visibles dans la .fig. 2.
La fig. 4 est un schéma semblable à la fige 1 montrant une variante de réalisation comportant des enroulements commandant la puissance du courant de sortie.
La fig. 5 est une vue d'extrémité d'une réalisation du transformateur visible dans la fig. 4.
La fig. 6 est une vue en élévation du transformateur que montre la fige 5.
La fig. 7 est un second schéma semblable à la fige 1, montrant un transformateur multiplicateur de fréquence utilisable pour multiplier la fréquen- ce d'une source d'alimentation à douze phases.
La fig. 8 est un schéma de connexion des enroulements du transforma- teur visible dans la fig. 7.
La fig. 9 est une vue schématique montrant un mode de commande préfé- ré de la puissance du courant de sortie à partir du courant fourni par le trans- f ormateur.
Comme représenté dans la fig. 1, le transformateur multiplicateur de fréquence, désigné dans son ensemble par.10, est destiné'à une source de courant triphasé et comprend des enroulements primaires 11, 12 et 13, reliés en commun à une extrémité, par des conducteurs 14, à un point de jonction "flottant" 14a isolé par rapport à la terre, et à leurs autres extrémités, par des conducteurs 15, 16 et 17, à des bornes 18, 19 et 20, qui peuvent être reliées à une source de courant électrique triphasé ayant une fréquence prédéterminée.
Comme dans un système multiplicateur de fréquence de type classique, les enroulements secondai- res 21, 22 et 23 sont montés en série par des conducteurs 24, 25 et sont reliés par des conducteurs 26, 27 au circuit d'utilisation 28.
Des tentatives ont été faites dans le passé pour appliquer directe- ment une correction du facteur de puissance aux enroulements primaires des sys- tèmes antérieurs. Mais les résultats obtenus n'ont pas été satisfaisants. En re- vanche, l'invention prévoit un enroulement compensateur couplé magnétiquement pour chaque enroulement primaire, comme indiqué par 29, 30 et 31, avec jonction commu- ne à une extrémité par les conducteurs 32 et montage en triangle avec les conden- sateurs 33, 34 et 35 à l'autre extrémité. Les enroulements compensateurs sont ain- si disposés de telle sorte que les tensions qui les traversent soient déformées par les harmoniques et contiennent toutes les différentes harmoniques et les fon- damentales, sauf la troisième et ses multiples.
Dans ces conditions, les conden- sateurs montés en parallèle aux bornes des enroulements compensateurs, avec la pha- se appropriée, sont capables de compenser toutes les déformations intéressant le courant de ligne et d'assurer une correction satisfaisante du facteur de puissan- ce dans la ligne d'alimentation.
La réalisation simplifiée du transformateur multiplicateur de fréquen- ce tel que le prévoit l'invention qui est représentée schématiquement dans la fig.
1 est plus clairement visible dans la fig. 2, qui montre les noyaux 36, 37 et 38, ménageant un trajet de flux complet ou fermé pour chaque phase de la source d'ali-
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mentation, ces noyaux portant des enroulements 39, 40 et 41 formant d.ans chaque cas un enroulement primaire, un enroulement secondaire et un enroulement compen- sateur. Le courant de sortie est puisé aux enroulements secondaires par des con- ducteurs 26 et 27. Les conducteurs 15, 16 et 17 sont reliés à la source de cou- rant triphasé. D'autres conducteurs 42, 43 et,44 sont reliés à des condensateurs
33, 34 et 35 (non représentés). Des conducteurs de jonction 14 relient les extré- 'mités inférieures des enroulements primaires comme le montre la fig. 1.
Chaque groupe d'enroulements est monté sur un noyau feuilleté fermé 45 à profil en E, maintenu dans l'ensemble par des boulons 46. Comme représenté dans la fig. 3, l'en- roulement (par exemple celui dont les spires sont bobinées sur le noyau 36) peut comprendre un enroulement de sortie, autrement dit un enroulement secondaire 21 dans sa partie centrale, un enroulement d'entrée, c'est-à-dire un enroulement primaire 11 dans sa partie intermédiaire, enfin un enroulement compensateur 29 dans sa partie externe. Chaque enroulement est formé de préférence de tubes de cuivre relativement plats, groupés mais isolés, de la façon que comprendront les techniciens.
Pour de nombreuses applications, il est désirable de commander la puis- sance de sortie du transformateur représenté dans les figs. 1 à 3. Il peut'être prévu à cet effet sur chaque noyau un enroulement de commande, comme représenté par la fige .4, dans laquelle les mêmes références désignent les .mêmes organes.
C'est ainsi que des enroulements de commande 47, 48 et 49 sont prévus pour chacun des groupes d'enroulements 39, 40 et 41 et-sont connectés en série aux bornes 50 et 51, en passant par une autre série d'enroulements de commànde 47 a et 49a selon une relation de flux inverse de celle des enroulements 39a, 40a, et 41a. On réali- se ainsi en effet un système permettant d'influer sur la saturation des diverses parties du noyau qui supportent les enroulements. Un enroulement de commande est prévu sur chaque noyau effectivement distinct. Chaque noyau est divisé en deux parties, de sorte qu'il y a deux groupes d'enroulements pour chaque phase, comme indiqué en 39, 39a pour une phase, en 40, 40a pour une autre phase, et en 41,
41a pour la troisième phase.
Chaque groupe d'enroulements comprend une partie d'un enroulement de commande propre à saturer la partie formant noyau dans un sens opposé à celui de l'autre partie de l'enroulement de commande, afin de supprimer les effets de la fréquence dans les enroulements de commande. Comme représenté, les enroulements de commande sont connectés en série aux bornes 50 et 51 et ils fonctionneraient ainsi comme enroulements multiplicateurs de fréquence si l'effet d'annulation des parties inverses des enroulements n'était pas prévu.
En règle générale, les enroulements de commande correspondant à chaque phase sont répartis ,sur deux noyaux aptes à être saturés en sens opposés grâce à une connexion inver- sée d'une section représentant la moitié de l'enroulement de commande.'
Conformément à ce qui vient d'être dit, le transformateur commandé par un courant continu qui est représenté dans'la fig. 5 comprend un noyau supé- rieur 39 et un noyau inférieur 39a pour chaque phase, ces noyaux étant supportés par des barrettes d'encadrement longitudinales 52, 53 et 54, la barrette 55 por- tant les bornes étant boulonnée aux lamelles ou feuilles constitutives du noyau et maintenant les noyaux ,de l'empilage -56 qui est représenté par la fig. 6.
L'in- vention n'est pas limitée d'ailleurs à la multiplication d'un courant électrique triphasé; elle est utilisable de façon plus générale pour la multiplication de n'importe quel courant électrique polyphasé, et la fréquence de sortie peut être un multiple de la fondamentale de la fréquence de la source d'alimentation de base.
On remarquera à cet égard que l'invention n'est pas limitée à une sor- tie monophasée, puisque par utilisation judicieuse du transformateur ici prévu, on peut, comme le comprendront les techniciens, modifier les enroulements secon- daires pour obtenir un courant de sortie polyphasé, ou relier par exemple trois transformateurs monophasés tels que les prévoit l'invention en vue d'obtenir un courant de sortie triphasé sur les enroulements secondaires, grâce à des connexions déphasées des enroulements primaires.
En outre, l'allusion au nombre de phases de
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la source d'alimentation n'implique-pas de limitations au point de vue des possi- bilités de réalisation de l'invention, puisqu'il peut y avoir avantage à employer un dispositif multiplicateur de phases de type classique et de construction connue pour multiplier le nombre des phases de la'source d'alimentation, dé façon à pas- ser par exemple d'une alimentation triphasée à une alimentation à douze phases.
Dans l'hypothèse simplifiée de l'application de l'invention à un grand nombre de phases, une alimentation à douze phases empruntée à un transformateur multiplicateur de phases fournissant par exemple du courant à douze phases à soi- xante périodes peut être transformée en courant monophasé à 720 périodes par uti- lisation du montage électrique que montre la fig. 7.
Le transformateur multiplicateur de fréquence à douze phases qui est représenté. dans la fige 7 se présente selon la même forme générale que celui que montre la fige 4, en ce sens qu'il comprend comme lui un noyau fournissant pour chaque phase un trajet de flux fermé. Les noyaux 57 à 68, dont chacun est formé de deux parties, comportent chacun un enroulement primaire 69, 69a, un enroulement secondaire 70, 70a, un enroulement compensateur 71, 71a, et un enroulement de com- mande 72, 72a.
Pour faciliter le montage électrique et l'assemblage des divers groupes d'enroulements sur les noyaux 57 à 68a, certains des enroulements peuvent être inversés, de façon que quatre types d'enroulements trouvent leur place ici, à savoir un type N 1 monté sur le noyau 57 et dont tous les enroulements sont bo- binés dans le même sens, un type N 2 monté sur le noyau 57a et dont l'enroulement de commande est bobiné en sens inverse, un type N 3 sur le noyau 58 et dont l'en- roulement secondaire et l'enroulement de commande sont bobinés en sens inverse, enfin un type N 4 monté sur le noyau 58a et dont l'enroulement secondaire est bo- biné en sens inverse.
La relation de ces divers types d'enroulements par rapport aux noyaux est indiquée dans le diagramme qui constitue la fig. 8, dans laquelle le chiffre supérieur de chaque rectangle indique le type d'enroulement correspon- dant au noyau qui est identifié par le numéro porté par la partie inférieure du rectangle.-
Les conducteurs 73 des divers enroulements primaires sont reliés aux diverses bornes 74, qui sont destinées à être elles-mêmes reliées aux douze phases d'une source d'alimentation ayant-une fréquence prédéterminée. Les enroulements secondaires 70, 70a sont reliés électriquement en série aux bornes du circuit d'utilisation 75 par l'intermédiaire d'un condensateur 76. Il est préférable de monter un condensateur 77 en parallèle avec le circuit d'utilisation 75.
L'un et (ou) l'autre des deux condensateurs 76 et 77 assurent l'annulation de la forte ré- actance de l'enroulement secondaire à haute fréquence et sont de préférence accor- dés en résonance sur une fréquence de 720 périodes dans un circuit à douze, phases alimenté par une source à 60 périodes. De cette manière la sortie n'est limitée que par les éléments résistifs du circuit. On remarquera que, dans les réalisations précédemment décrites, les enroulements compensateurs 71 et 71a sont reliés en commun à la ligne 78 par une extrémité, et sont montés en circuit avec leurs di- vers condensateurs 79 par leur autre extrémité, afin d'assurer une compensation de toutes les déformations que peut subir le courant de ligne qui parcourt les enroulements primaires 69 et 69a.
Comme cela est le cas pour le transformateur représenté dans la fig. 4, les enroulements de commande 72 sont montés de façon à permettre le passage du courant dans un sens dans les groupes supérieurs des éléments de noyaux 57 à 68 et le passage du courant en sens opposé dans les grou- pes inférieurs d'éléments de noyaux 57a à 68a, afin d'annuler les composantes indésirables en courant alternatif dans les enroulements de commande. Il en résul- te que si l'on applique une tension en courant continu aux bornes 80 et 81, on influe par là même sur le courant de sortie obtenu quand les noyaux sont à satu- ration.
Une méthode utilisable ici pour obtenir une alimentation en courant continu en vue du réglage de la saturation est-mise en évidence par la fige 9, qui montre que les enroulements secondaires, c'est-à-dire les enroulements de sor- tie 70 et 70a, comportent, en parallèle avec une. partie de ces enroulements, un
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transformateur variable 82, relié à un transformateur dévolteur .de type classique- et à un régulateur de tension 83 dont l'enroulement de sortie 84 est relié au cir- cuit redresseur à onde totale 85, comprenant des éléments redresseurs secs à ron- delles 86 de type classique, et'capable'd'envoyer une sortie redressée à onde to- tale, par les conducteurs 87 et 88,
aux bornes 80 et 81 des enroulements de com- mande 72 et 72a -Il suffit de faire varier à la main l'ét'at de travail du trans- formateur variable 82 pour faire varier de même le courant continu qui est appli- qué aux enroulements de commande 72, en vue de réaliser un réglage précis de la saturation des divers éléments des noyaux et de la sortie du transformateur que montre la fige 7. Le même dispositif de commande est d'ailleurs applicable au transformateur représenté dans la fige 4. On a supposé que la commande permet d'agir sur un transformateur de chauffage par induction établi.suivant l'inven- tion.
Le dispositif de commande à onde totale à effet réactif qui est représenté dans la fige 9 permet de faire varier un courant de sortie de 50 kilowatts à 180 périodes d'un transformateur multiplicateur de fréquence tel que le prévoit l'in- ventiôn pour faire osciller sa puissance entre 25 % et 100 % de la valeur maximum, en même temps qu'on modifie la tension entre 50 % et 100 %.
On conçoit qu'on peut utiliser une vaste gamme de fréquences de sor- tie et de nombres de phases pour la réalisation d'un transformateur multiplicateur de fréquence du type prévu par l'invention, en tenant compte de la multiplication des phases des courants parcourant les réseaux de distribution et des connexions des enroulements multiphasés.
Diverses variantes de réalisation peuvent d'ailleurs être apportées, sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques.
REVENDICATIONS.
1.- Transformateur multiplicateur de fréquence pouvant être relié à une source d'énergie électrique polyphasée ayant une fréquence prédéterminée et capable de transformer cette énergie en une alimentation à fréquence plus élevée, ce transformateur comprenant, en combinaison, un noyau ménageant un trajet de flux formé pour chaque phase de la source d'énergie électrique, un enroulement primaire bobiné sur chaque noyau et qu'on peut relier à cette source d'énergie, un enroulement secondaire également bobiné sur chaque noyau, un système connec- tant ces enroulements s,econdaires en série pour chaque phase pouvant être obtenue à partir desdits enroulements secondaires, un enroulement de commande bobiné sur chaque noyau pour influer sur son degré de saturation, enfin un système pour ap- pliquer un courant continu à ces enroulements de commande,
afin d'influer sur la puissance du courant de sortie des enroulements secondaires.
2.- Transformateur multiplicateur de fréquence suivant la revendica- tion le caractérisé par un système permettant de régler le courant continu qui est appliqué aux enroulements de commande, afin d'influer sur la puissance du cou- rant de sortie des enroulements secondaires.
3.- Transformateur multiplicateur de fréquence suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur variable alimenté par les enroulements secondaires, un dispositif redresseur de tension, comprenant un régulateur relié à ce transformateur variable et constituant une source réglable de courant continu, cette source de courant continu étant relié électriquement aux enroulements de commande.
4.- Transformateur multiplicateur de fréquence suivant l'une quelcon- que des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système assurant le montage en série des enroulements secondaires permet d'obtenir, à partir de ces derniers, une alimentation en courant monophasé.
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