Installation de redressement de courants électriques polyphasés. La présente invention se rapporte à une installation de redressement de courants élec triques polyphasés au moyen de redresseurs the-rr ioniques.
Dans l'emploi de redresseurs thermio- niques pour le redressement de courants élec triques polyphasés, il se produit une plu ralité d'harmoniques qui sont d'amplitude relativement grande. Ainsi, dans un redres seur de demi-onde ordinaire pour courants triphasés, ces derniers sont amenés à l'enrou lement primaire d'un transformateur, dont le secondaire est relié en étoile et a ses bran ches de phases reliées respectivement aux anodes de trois tubes redresseurs thermioni- ques. Les deux conducteurs du circuit de sortie à courant continu ou redressé sont reliés respectivement aux cathodes des tubes redresseurs et au centre de la. connexion en étoile du secondaire du transformateur.
Avec cette disposition, un nombre considérable d'harmoniques de la fréquence fondamentale est présent dans le circuit d'entrée de cou- r,int alternatif. Le second harmonique pré- sente une amplitude qui est de 50 % de celle du courant fondamental; le quatrième har monique a une amplitude qui est de 251/o de celle du courant fondamental; le cin quième harmonique présente une amplitude de 20 % de celle courant fondamental; le septième harmonique a une amplitude de 14,3 % de celle du courant fondamental, et ainsi de suite.
De plus, il y a de fortes composantes de la fréquence fondamentale et des harmoniques de celle-ci dans le circuit de sortie, à moins qu'on ne se serve d'éli- minateurs appropriés. Comme les redresseurs sont du type à demi-onde, chaque tube re dresseur laissera passer du courant pendant un tiers d'une période.
Les harmoniques susmentionnés peuvent être réduits par l'emploi d'un appareil de re dressement héxaphasé comportant six re dresseurs thermioniques reliés respectivement aux branches de phase d'un secondaire à connexion en étoile héxaphasé d'un transfor mateur. Par cette disposition, les harmoni ques du côté de l'entrée aussi bien que du côté de la sortie sont considérablement réduit:.
De cette façon, l'harmonique le plus bas qui soit présent dans le circuit de sortie sera le sixième et il n'y aura pas d'harmoniques d'ordre pair dans le circuit d'entrée. Cepen dant, cette installation possède l'inconvé nient que chaque redresseur n'est opératif que pendant 60 degrés ou n/3 degrés élec triques (radians) d'une période. Par consé quent, le rendement de chaque redresseur thermionique est réduit à, la moitié.
On a aussi déjà proposé d'employer deux redresseurs thermioniques triphasés à demi- onde ayant un déphasage de 180 degrés l'un par rapport à l'autre, reliés suivant la mé thode de connexion en double Y. Dans cette disposition, les harmoniques du circuit d'en trée sont considérablement réduits; en fait, tous les harmoniques d'ordre pair sont éli minés.
Suivant l'invention, dont le but est de ré duire les harmoniques et d'améliorer le ren dement.. l'installation est établie de façon que le redressement se fait au moyen d'un courant ayant un nombre pair Q de phases, au moyen de 1N groupes de deux redresseurs de 31 phases, similaires, déphasés de @z ra dians électriques l'un par rapport à l'autre, de sorte que Q = 2 N N, ces N groupes étant eux-mêmes dénb:
icés les uns par rap port aux autres de
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radians électriques, des moyens étant prévus pour que dans cha cune des Q phases le courant passe sensible ment pendant
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radians électriques par période, <B>Il</B> et N représentant des nombres plus grands que 2.
Les moyens pour assurer que chaque re dresseur à iV'1 phases fonctionnne de cette ma nière peuvent consister en une réactance à .N phases bobinées en étoile, dont les bo bines de phase sont reliées aux redresseurs et. dont le centre de connexion en étoile est relié à l'un des conducteurs de sortie, ou cette réactance peut être remplacée par des réactances monophasées séparées ou par une combinaison de réactances polyphasées ou mo nophasées.
Les dessins annexés se rapportent à des installations connues et à des, formes d'exécu tion de l'objet de l'invention, données à. titre d'exemple.
En se référant d'abord à l'installation de redressement connue, représentée sur la fig. 1, les bornes du circuit d'entrée triphasé 1 sont reliées à l'enroulement primaire à con nexion en triangle ? d'un transformateur triphasé 3, dont l'enroulement secondaire à connexion en étoile 4 a. ses bornes reliées res pectivement aux anodes 5 de trois tubes re dresseurs thermioniques 6, dont les cathodes ï sont reliées, ensemble et îî la borne 8 du cir cuit de sortie de courant: redressé, dont l'au tre borne, 9, est reliée au centre 10 de la connexion en étoile de l'enroulement secon daire 4 du transformateur 3.
Pour ne pas nuire à la clarté, on n'a représenté nulle part les moyens de chauffage des cathode des tubes redresseurs thermioniques. La. fig. 2 représente le courant d'entrée dans une phase du redresseur triphasé et on voit par cette figure que chaque tube redresseur fait passer le courant pendant un tiers d'une période et qu'un nombre considérable d'har moniques d'amplitude relativement grand est présent.
Dans l'installation connue à. redresseur héxaphasé représentée par la fig. 3, l'enrou lement secondaire du transformateur d'ali mentation 3 est à six phases et. relié en étoile, les bornes des phases étant reliées aux anodes 5 de six tubes redresseurs thermioniques 6. Le courant: d'entrée dans une phase, repré senté par la fi--. 4, montre que, tandis que les harmoniques sont réduits en nombre et en amplitude, chaque tube redresseur ne fait passer le courant que pendant un sixième de période.
Dans l'installation connue de la. fig. 5, le transformateur d'alimentation 3 est pourvu de deux enroulements secondaires triphasés en étoile 12, 13 déphasés de 180 l'un par rapport à l'autre, les bobines de phase étant reliées aux anodes 5 de six tubes redres- seurs 6, dont les cathodes sont reliées ensem ble à la borne 8 du circuit de sortie de cou rant redressé, dont la borne 9 est reliée au point-milieu 14 d'une bobine de réactance in- terphasique 15, dont les extrémités sont respectivement reliées aux centres 10 clés enroulements secondaires 12 et 13.
Cette disposition avec emploi de la. bobine de réactance 15 assure que chaque groupe de trois tubes redresseurs relié à l'un ou l'au tre des enroulements 12, 13 fonctionne comme une unité séparée, de sorte que chaque tube, redresseur fait passer le courant pen dant un tiers de période au lieu d'un sixième de période, comme dans le cas clé la fig. 3.
Au lieu de la connexion employant la réac tance interphasique 15, comme montré en fig. 5, deux bobines de réactance indépen dantes pourraient être intercalées .dans cha que conducteur allant au- centre de con nexion en étoile- 10. ou bien les centres de connexion en étoile 10 pourraient être reliés ensemble et la borne 9 du circuit de sortie de courant redressé être reliée par deux bo bines de réactance indépendantes ou une seule bobine de réactance à prise centrale, à des groupes respectifs de trois cathodes corres pondant aux enroulements secondaires 12 et 13, les cathodes de chaque groupe étant reliées ensemble.
Le courant s'établissant avec l'une ou l'autre de ces dispositions est représenté par la courbe de la fig. 6, où l'on voit qu'une réduction des harmoniques est bien réalisée et que chaque tube redres seur fait passer le courant pendant un tiers de période. La courbe représentée par la fig. 4 peut être exprimée par la formule suivante I' (x) <I>- K.</I> (sin wt. - 0,2 sin 5 wt. - 0,1492 coi 7 wt. + 0,0909 coi 11 wt. + .....
) En se référant maintenant à la fig. 7 qui représente une forme d'exécution de l'installation suivant l'invention, où N est égal à 3 et où du courant triphasé doit être redressé, ce qui donne<I>Q = 2 M N =</I> 18, le transformateur d'alimentation 3 comporte six enroulements secondaires triphasés qui sont électriquement isolés les uns des autres et disposés de telle manière que le courant soit converti en un courant à 18 phases. Ce courant à 18 phases est redressé par trois groupes de deux redresseurs à demi-onde tri phasés.
Les enroulements secondaires 16, 17, 18, 19 et 20, 21 sont disposés par paires, les enroulements de chaque paire étant déphasés de 180 l'un par rapport à l'autre, tandis que chaque paire est déplacée d'un angle
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par rapport à chacune des autres paires. Les différents déphasages des six unités de redressement triphasées sont in diqués en 16a à 21a- à la fig. 9, tandis que la fig. 8 montre la méthode pour obtenir le courant d'alimentation à 18 phases par clés vecteurs tracés en traits pleins qui sont tracés parallèlement à l'un des trois vecteurs du courant d'alimentation triphasé primaire. La longueur de chaque vecteur indique le voltage qui doit être induit dans la portion correspondante de l'enroulement.
En fig. 8, les vecteurs en traits pleins 16b, 17b et en traits pointillés 18b, 19b et 20b, 21b corres pondent aux enroulements secondaires 16, 17, 18, 19 et 20, 21 du transformateur 3. Pour obtenir le courant à 18 phases, deux des enroulements secondaires du transfor mateur, à savoir 16, 17, sont enroulés de la manière usuelle avec un déphasage de 180 l'un par rapport à l'autre, tandis que pour réaliser l'alimentation, suivant les vecteurs résultants-représentés en pointillé à la.
fig. 8, pour les autres quatre redresseurs à demi- onde triphasés, chaque enroulement de phase secondaire comprend deux bobines reliées en série, qui sont couplées respectivement à cer taines paires appropriées des enroulements & plia-se primaires, la grandeur des vecteurs en traits pleins étant proportionnelle au nombre de tours dans ces enroulements.
Les- centres de connexion en étoile de cha que paire d'enroulements secondaires, tels que 16 et 17, sont reliés ensemble par une bo bine de rectance interphasique 22 et les points-milieux de ces trois bobinés de réac- tance 22 sont reliés par l'intermédiaire de bo bines de réactance indépendantes 23 à la borne 9 du circuit de sortie fournisseur de courant redressé. De telle sorte le courant, passe sen siblement pendant
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degrés électriques par période dans chaque redresseur.
Les cathodes 7 des dix-huit tubes ther- mioniques sont toutes reliées ensemble et à la borne dudit circuit. Les harmoniques sont ainsi réduits dans une large mesure Les courants passant dans les différent enroulements de phase sont montrés sur la: fib. 10, oil la courbe A représente une des trois composantes du courant due aux re dresseurs jumelés 16, 17. On remarquera que la courbe A est identique à la courbe de courant représentée à la fia. 6. Les cour bes B et C de la fia. 10 représentent des courant: dus aux autres redresseurs jumelés 18, 19 et 20, 21. La fia.
Il donne le cou rant égal à la somme des trois composante données par les courbes<I>A, B</I> et C. On voit que ce courant. résultant se rapproche dans a forme bien plus d'une onde sinusoïdale que ne le fait l'onde de courant obtenue dans l'installation connue de la fi-,. 5.
Ce cou rant peut être exprimé par la formule sui vante: <I>f</I> (x) = K (sin wt. + 0,06937 sin. 5 wt. 0,07601 sin 7 wt. + 0,04805 sin I1 wt. - U9-669 si.u 13 wt..... ) On comprendra qu'une réduction considé rablement plus grande des harmoniques dans le circuit :
d'entrée peut être obtenue en fai sant<I>N =</I> 5, de sorte qu'avec IVI <I>= 3,</I> Q de vient égal à 30; une installation basée sur ces données est représentée à la fia. 12 qui re présente, elle aussi, une forme d'exécution d'une installation suivant l'invention. Dans ce cas, le courant d'alimentation triphasé est converti. en courant à. 30 phases qui est re dressé par dix redresseurs à demi-onde tri phasés.
Le secondaire du transformateur d'alimentation 3 -comporte dix enroulement triphasés à. connexion en étoile 25, 26 ..... 34-. Ces enroulements ont leurs centres de con- nexion en étoile reliés par paires au moyen de cinq bobines de réactance 22, dont les points-milieux sont reliés par cinq conduc teurs 35 à une bobine de réactance penta- pliasée à connexion en étoile 36, dont le cen tre de connexion en étoile est relié à la borne 9 du circuit fournisseur de courant redressé.
La borne 8 de ce circuit est reliée au point- milieu de l'enroulement secondaire 3 7 d'un transformateur qui fournit du courant alter natif aux cathodes des tubes redres seurs, l'enroulement primaire de ce trans formateur de chauffage des cathodes n'é tant pas représenté. Le déphasage entre les différents groupes de redresseurs, déter miné par la formule
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élec triques, n'est pas représenté sur la. figluv.# pour lie pas la compliquer inutilement.
Il y a lieu de faire remarquer que la con nexion des réaetances pour chaque redresseur <I>à</I> M phases faisant passer du courant pendant sensiblement<I>2</I> 1,:1'I radians électriques par période peut avoir différentes dispositions, dont l'une par exemple est représentée à la fia. 7 où les réactances Ù deux phases 22 sont reliées à trois réactances ?3, tandis que dans la. fia. 12, les réactances à deux phases 22 sont reliées à une réactance à cinq phases 36.
On peut aussi employer une réactance à \? 11l = 10 phases, en étoile, dont les enroulements sont en série avec les dix redresseurs, le reste de l'étoile étant relié à la borne 9.
La, fia. 1 3 représente, à titre d'exemple, une disposition de transformateur, grâce à la quelle le voltage secondaire d'un transforma teur triphasé peut. avoir le déphasage désiré par rapport au voltage primaire. Le noyau du transformateur porte deux jeux de bo bines primaires 38, 39, 40, 41, 42 et 43, re liées, par leurs extrémités internes, au cen tre (le connexion en étoile primaire 44 et, par leurs extrémités externes, aux bornes d'entrée 45, 46, 47 et ensemble, de sorte que 38 et 43 sont reliés à 45, puis 39 et 41 à 46, et en suite 40 et 42 à 47.
Les enroulements secon daires 48, 49 et 50 sont reliés par leurs extré mités internes à un centre de connexion en étoile 51 et par leurs extrémités externes aux anodes 52, 53 et 54. En proportionnant con venablement les nombres de tours des enrou lements 38, 39 et 40 par rapport à 41, 42 et 43, le déphasage du voltage primaire par rap port à celui du voltage secondaire peut être rendu égal à -i- 2 n/15 radians électriques, ou un multiple tel de cette valeur qu'il est nécessaire pour les dix redresseurs en Y.
Un changement 'de -I- 2 n/3 radians élec triques peut bien entendu être produit en changeant les connexions aux bornes de la ligne.
La fig. 14 représente, à titre d'exemple également, deux jeux d'enroulements pri maires reliés en série, au lieu d'être reliés en parallèle comme en fig. 13, les mêmes signes (le référence étant employés pour les enroule ments similaires.
La disposition de la fig. 14 a la propriété que dans le cas de la manifestation d'un dé faut d'équilibrage, qui peut se présenter lors qu'un tube redresseur devient inopératif, étant brûlé ou déconnecté, il y a une tendance à maintenir l'équilibrage du courant secondaire. Le rendement tombe par conséquent, puisque tous les tubes redresseurs prennent moins de courant. Dans la disposition de la fig. 13, lorsqu'un tube redresseur devient inopératif, le voltage appliqué aux autres tubes redres seurs ne subira. pas de changement.
Dans la fig. 15, les courbes en traits pleins <I>A, B, C, D</I> et E représentent le courant pri maire dû à cinq tubes redresseurs correspon dants dans cinq des redresseurs à demi-onde qui sont déphasés de 2 c/15 radians électri ques les uns par rapport aux autres, tandis que les courbes pointillées F,<I>G, H, I</I> et<I>I</I> représentent le courant dû aux cinq tubes re dresseurs qui sont déphasés de n radians électriques par rapport aux cinq tubes re dresseurs correspondants aux courbes A à E.
La fig. 16 montre le courant résultant dans une phase du circuit d'entrée triphasé, dû aux dix tubes redresseurs mentionnés en con nexion avec la fig. 15. Dans,des buts de com paraison, les bases et les échelles sont les mêmes dans les fig. 15 et 16. On voit que la courbe résultante de la. fig. 16 se rapproche assez bien d'une onde sinusoïdale.
En pratique, grâce au champ de fuite des trois transformateurs à 30 phases et à quelque impédance inductive dans la charge, les coins des gradins de la courbe de la fig. 16 sont arrondis dans une large me sure, c'est-à-dire que les harmoniques plus élevés sont réduits par suite de l'impédance plus élevée qui leur est offerte dans les trans formateurs et dans la charge inductive. La ressemblance à la courbe sinusoïdale est par conséquent en pratique encore plus pronon cée quil n'apparait de la fig. 1.6. Il ne peut. y avoir point d'harmoniques pairs dans le cir.
cuit d'entrée, parce que les harmoniques qui passent dans un redresseur.à demi-onde tri phasé quelconque sont équilibrés dans l'enrou lement .de transformateur primaire par ceux passant clans un redresseur à .demi-onde tri phasé .qui est déphasé de n degrés électriques par rapport au premier.
Si des troisièmes har moniques devaient passer, ceux-ci ne consti tueraient pas un système @de courants poly phasés par suite du fait que ries troisièmes harmoniques ont un déphasage ,de trois fois la phase de l'harmonique fondamental, les harmoniques fondamentaux étant représentés par cos e, cos (e -j-- 2 7r3), cos (b + 4 7r/3). Les courants des troisièmes harmoniques sont proportionnels à cos 0, cos (0- -i- 2 7r),
cos (4 -I- 4 n) et sont par suite en phase et ne subissent pas de transformation dans les transformateurs triphasés. Un raisonnement similaire est valable dans le cas ries cinquiè mes harmoniques. Les seuls harmoniques qui puissent passer dans l'enroulement primaire sont les septièmes, .onzièmes, treizièmes, dix- septièmes, dix-neuvièmes, vingt-et-unièmes, etc. et ceux-ci, même en l'absence de réactan ces, ont des amplitudes relativement petites. Le facteur de puissance du redresseur est par conséquent sensiblement égal à. l'unité.
Si on le désire; une réduction ultérieure peut être établie dans les harmoniques passant .dans le circuit d'entrée au moyen de circuits absor- beurs syntonisés montés en parallèle avec la ligne, tandis que les harmoniques qui pas- sent. dans le circuit de sortie ne seront en aucun cas inférieurs aux trentièmes et pourront facilement. être éliminés par le moyen de bobines de réactance et de con densateurs.
On comprend qu'on peut- concevoir d'autres formes d'exécution de l'invention. Ainsi, par exemple,<I>M et N</I> peuvent avoir des valeurs plus élevées que celles données dans la description par rapport aux fig. 7 et l ?.
Polyphase electric current rectifier installation. The present invention relates to an installation for rectifying polyphase electric currents by means of the-rr ionic rectifiers.
In the use of thermal rectifiers for rectifying polyphase electric currents, a number of harmonics occur which are of relatively large amplitude. Thus, in an ordinary half-wave rectifier for three-phase currents, the latter are brought to the primary winding of a transformer, the secondary of which is connected in a star and to its phase branches connected respectively to the anodes of three. thermionic rectifier tubes. The two conductors of the DC or rectified current output circuit are respectively connected to the cathodes of the rectifier tubes and to the center of the. star connection of the transformer secondary.
With this arrangement, a considerable number of harmonics of the fundamental frequency are present in the current input circuit, int AC. The second harmonic has an amplitude which is 50% of that of the fundamental current; the fourth harmonic has an amplitude which is 251% of that of the fundamental current; the fifth harmonic has an amplitude of 20% of that fundamental current; the seventh harmonic has an amplitude of 14.3% of that of the fundamental current, and so on.
In addition, there are strong components of the fundamental frequency and its harmonics in the output circuit, unless proper eliminators are used. Since rectifiers are of the half-wave type, each re-straightener tube will pass current for one third of a period.
The aforementioned harmonics can be reduced by the use of a hexaphase rectifier comprising six thermionic rectifiers connected respectively to the phase branches of a secondary with a hexaphase star connection of a transformer. By this arrangement, the harmonics on the input side as well as on the output side are considerably reduced.
This way the lowest harmonic present in the output circuit will be the sixth and there will be no even order harmonics in the input circuit. However, this installation has the disadvantage that each rectifier is only operative for 60 degrees or n / 3 electrical degrees (radians) of a period. Therefore, the efficiency of each thermionic rectifier is reduced to half.
It has also already been proposed to employ two three-phase half-wave thermionic rectifiers having a phase shift of 180 degrees with respect to each other, connected according to the double Y connection method. In this arrangement, the harmonics of the input circuit are considerably reduced; in fact, all even order harmonics are eliminated.
According to the invention, the aim of which is to reduce harmonics and improve efficiency. The installation is set up so that rectification is effected by means of a current having an even number Q of phases, at average of 1N groups of two rectifiers of 31 similar phases, out of phase by @z electric lines with respect to each other, so that Q = 2 NN, these N groups being themselves denb:
iced in relation to each other
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electric radians, means being provided so that in each of the Q phases the current passes appreciably during
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electric radians per period, <B> Il </B> and N representing numbers greater than 2.
The means for ensuring that each iV'1 phase re-dresser operates in this way can consist of a star-wound .N-phase reactance, the phase coils of which are connected to the rectifiers and. whose star connection center is connected to one of the output conductors, or this reactance can be replaced by separate single-phase reactors or by a combination of polyphase or single-phase reactors.
The accompanying drawings relate to known installations and to embodiments of the object of the invention, given at. as an example.
Referring first to the known rectifying installation, shown in FIG. 1, the terminals of the three-phase input circuit 1 are connected to the primary winding with delta connection? a three-phase transformer 3, of which the secondary winding with star connection 4 a. its terminals connected respectively to the anodes 5 of three thermionic rectifier tubes 6, the cathodes ï of which are connected together and to terminal 8 of the current output circuit: rectified, of which the other terminal, 9, is connected in the center 10 of the star connection of the secondary winding 4 of the transformer 3.
In order not to affect clarity, the means for heating the cathodes of the thermionic rectifier tubes are nowhere shown. Fig. 2 represents the input current in a phase of the three-phase rectifier and it can be seen from this figure that each rectifier tube passes the current for one third of a period and that a considerable number of harmonics of relatively large amplitude is present.
In the known facility at. hexaphase rectifier represented by FIG. 3, the secondary winding of the supply transformer 3 has six phases and. connected in star, the terminals of the phases being connected to the anodes 5 of six thermionic rectifier tubes 6. The current: input in a phase, represented by the fi--. 4, shows that, while the harmonics are reduced in number and amplitude, each rectifier tube only passes current for one sixth of a period.
In the known installation of the. fig. 5, the supply transformer 3 is provided with two three-phase star-shaped secondary windings 12, 13 phase-shifted by 180 with respect to each other, the phase coils being connected to the anodes 5 of six rectifier tubes 6, whose cathodes are connected together to terminal 8 of the rectified current output circuit, whose terminal 9 is connected to the midpoint 14 of an inter-phase reactance coil 15, whose ends are respectively connected to the centers 10 keys secondary windings 12 and 13.
This provision with use of the. reactance coil 15 ensures that each group of three rectifier tubes connected to one or the other of the windings 12, 13 functions as a separate unit, so that each rectifier tube passes the current for a third of a period instead of a sixth of a period, as in the key case in fig. 3.
Instead of the connection employing the interphase reactance 15, as shown in fig. 5, two independent reactance coils could be interposed in each conductor going to the star connection center 10. or the star connection centers 10 could be connected together and terminal 9 of the output circuit. rectified current be connected by two independent reactance coils or a single centrally taped reactance coil, to respective groups of three cathodes corresponding to the secondary windings 12 and 13, the cathodes of each group being connected together.
The current being established with one or other of these arrangements is represented by the curve of FIG. 6, where it is seen that a reduction of the harmonics is indeed carried out and that each rectifier tube passes the current during a third of a period. The curve represented by FIG. 4 can be expressed by the following formula I '(x) <I> - K. </I> (sin wt. - 0.2 sin 5 wt. - 0.1492 coi 7 wt. + 0.0909 coi 11 wt. . + .....
) Referring now to fig. 7 which represents an embodiment of the installation according to the invention, where N is equal to 3 and where the three-phase current must be rectified, which gives <I> Q = 2 MN = </I> 18, the Power transformer 3 has six three-phase secondary windings which are electrically isolated from each other and arranged in such a way that the current is converted into an 18-phase current. This 18-phase current is rectified by three groups of two three-phase half-wave rectifiers.
The secondary windings 16, 17, 18, 19 and 20, 21 are arranged in pairs, with the windings of each pair being 180 out of phase with each other, while each pair is moved at an angle.
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compared to each of the other pairs. The different phase shifts of the six three-phase rectifier units are indicated at 16a to 21a in FIG. 9, while fig. 8 shows the method for obtaining the 18-phase supply current by key vectors drawn in solid lines which are drawn parallel to one of the three vectors of the primary three-phase supply current. The length of each vector indicates the voltage to be induced in the corresponding portion of the winding.
In fig. 8, the vectors in solid lines 16b, 17b and in dotted lines 18b, 19b and 20b, 21b correspond to the secondary windings 16, 17, 18, 19 and 20, 21 of transformer 3. To obtain the current at 18 phases, two secondary windings of the transformer, namely 16, 17, are wound in the usual manner with a phase shift of 180 with respect to each other, while in order to provide the power supply, according to the resulting vectors - shown in dotted lines to the.
fig. 8, for the other four three-phase half-wave rectifiers, each secondary phase winding comprises two coils connected in series, which are respectively coupled to certain appropriate pairs of the primary windings & folds, the size of the vectors in solid lines being proportional to the number of turns in these windings.
The star connection centers of each pair of secondary windings, such as 16 and 17, are connected together by an interphase rectance coil 22 and the midpoints of these three reactance coils 22 are connected by through independent reactance coils 23 at terminal 9 of the rectified current supplier output circuit. So the current passes sensibly during
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electrical degrees per period in each rectifier.
The cathodes 7 of the eighteen thermionic tubes are all connected together and to the terminal of said circuit. The harmonics are thus reduced to a large extent. The currents flowing in the different phase windings are shown on: fib. 10, where curve A represents one of the three components of the current due to twin rectifiers 16, 17. Note that curve A is identical to the current curve shown in fig. 6. Courts B and C of the fia. 10 represent currents: due to the other twin rectifiers 18, 19 and 20, 21. The fia.
It gives the current equal to the sum of the three components given by the curves <I> A, B </I> and C. We see that this current. resulting in a much closer form of a sine wave than does the current wave obtained in the known installation of the fi- ,. 5.
This current can be expressed by the following formula: <I> f </I> (x) = K (sin wt. + 0.06937 sin. 5 wt. 0.07601 sin 7 wt. + 0.04805 sin I1 wt. - U9-669 si.u 13 wt .....) It will be understood that a considerably greater reduction of the harmonics in the circuit:
input can be obtained by doing <I> N = </I> 5, so that with IVI <I> = 3, </I> Q de is equal to 30; an installation based on this data is shown in fia. 12 which also represents an embodiment of an installation according to the invention. In this case, the three-phase supply current is converted. running to. 30 phases which is re-drawn by ten three-phase half-wave rectifiers.
The secondary of power transformer 3 -has ten three-phase windings to. star connection 25, 26 ..... 34-. These windings have their star connection centers connected in pairs by means of five reactance coils 22, the midpoints of which are connected by five conductors 35 to a pentaflias star connection 36, of which the star connection center is connected to terminal 9 of the rectified current supply circuit.
Terminal 8 of this circuit is connected to the midpoint of secondary winding 37 of a transformer which supplies native alternating current to the cathodes of the rectifier tubes, the primary winding of this transformer for heating the cathodes n ' not shown. The phase shift between the different groups of rectifiers, determined by the formula
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electric, is not shown in the. figluv. # to not complicate it unnecessarily.
It should be noted that the connection of the reactances for each rectifier <I> to </I> M phases passing current for approximately <I> 2 </I> 1,: 1'I electric radians per period can have different layouts, one of which for example is shown in fia. 7 where the two-phase reactors 22 are connected to three reactors? 3, while in the. fia. 12, the two-phase reactors 22 are connected to a five-phase reactance 36.
We can also use a reactance at \? 11l = 10 phases, star, whose windings are in series with the ten rectifiers, the rest of the star being connected to terminal 9.
La, fia. 1 3 shows, by way of example, a transformer arrangement, thanks to which the secondary voltage of a three-phase transformer can. have the desired phase shift with respect to the primary voltage. The transformer core carries two sets of primary coils 38, 39, 40, 41, 42 and 43, linked, by their internal ends, to the center (the primary star connection 44 and, by their external ends, to the terminals input 45, 46, 47 and together, so that 38 and 43 are connected to 45, then 39 and 41 to 46, and then 40 and 42 to 47.
The secondary windings 48, 49 and 50 are connected by their internal ends to a star connection center 51 and by their external ends to the anodes 52, 53 and 54. By suitably proportioning the numbers of turns of the windings 38, 39 and 40 with respect to 41, 42 and 43, the phase shift of the primary voltage with respect to that of the secondary voltage can be made equal to -i- 2 n / 15 electric radians, or such a multiple of this value as is required for all ten Y-rectifiers.
A change of -I- 2 n / 3 electric radians can of course be produced by changing the connections across the line.
Fig. 14 shows, by way of example also, two sets of primary windings connected in series, instead of being connected in parallel as in FIG. 13, the same signs (the reference being used for similar windings.
The arrangement of FIG. 14 has the property that in the event of the manifestation of a balancing fault, which can occur when a rectifier tube becomes inoperative, being burnt or disconnected, there is a tendency to maintain current balancing secondary. The efficiency therefore drops, since all the rectifier tubes draw less current. In the arrangement of FIG. 13, when a rectifier tube becomes inoperative, the voltage applied to the other rectifier tubes will not be subjected. no change.
In fig. 15, the solid lines <I> A, B, C, D </I> and E represent the primary current due to five corresponding rectifier tubes in five of the half-wave rectifiers which are phase-shifted by 2 c / 15 electric radians relative to each other, while the dotted curves F, <I> G, H, I </I> and <I> I </I> represent the current due to the five re-straightening tubes which are phase-shifted by n electrical radians with respect to the five re-straightening tubes corresponding to curves A to E.
Fig. 16 shows the resulting current in one phase of the three-phase input circuit, due to the ten rectifier tubes mentioned in connection with fig. 15. For comparison purposes, the bases and scales are the same in figs. 15 and 16. It can be seen that the resulting curve of the. fig. 16 is quite close to a sine wave.
In practice, thanks to the leakage field of the three 30-phase transformers and to some inductive impedance in the load, the corners of the steps of the curve in fig. 16 are rounded to a large extent, i.e. the higher harmonics are reduced as a result of the higher impedance offered to them in the transformers and in the inductive load. The resemblance to the sinusoidal curve is therefore in practice even more pronounced than it appears from FIG. 1.6. He can not. there be no even harmonics in the cir.
fired input, because the harmonics passing through any three-phase half-wave rectifier are balanced in the primary transformer winding by those passing through a three-phase half-wave rectifier which is phase-shifted. of n electrical degrees with respect to the first.
If third harmonics were to pass, these would not constitute a poly-phase current system owing to the fact that the third harmonics have a phase shift of three times the phase of the fundamental harmonic, the fundamental harmonics being represented. by cos e, cos (e -j-- 2 7r3), cos (b + 4 7r / 3). The currents of the third harmonics are proportional to cos 0, cos (0- -i- 2 7r),
cos (4 -I- 4 n) and are therefore in phase and do not undergo transformation in three-phase transformers. A similar reasoning is valid in the case of the fifth harmonics. The only harmonics that can pass in the primary winding are the seventh, eleventh, thirteenth, seventeenth, nineteenth, twenty-first, etc. and these, even in the absence of reactants, have relatively small amplitudes. The power factor of the rectifier is therefore substantially equal to. unity.
If desired; a further reduction can be established in the harmonics passing through the input circuit by means of tuned absorber circuits connected in parallel with the line, while the harmonics passing. in the output circuit will in no case be less than thirtieths and can easily. be removed by means of reactance coils and capacitors.
It will be understood that other embodiments of the invention can be conceived. Thus, for example, <I> M and N </I> may have higher values than those given in the description compared to FIGS. 7 and there?