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 ?.