Dispositif redresseur de courant à vapeur de mercure ou autre gaz ionisé permettant le transfert de puissance d'un réseau à courant alternatif à un réseau à courant continu, et réciproquement. Il est connu qu'étant donné un redresseur à arc à mercure ou autre gaz ionisé, formé d'une cathode et de plusieurs anodes, on peut, en les munissant d'électrodes de contrôle, grilles ou gaines extérieures, utiliser ces der nières de façon à réaliser un ensemble per mettant d'absorber de la puissance sur un réseau à courant continu et de débiter cette puissance, diminuée des pertes, sur un réseau à courant alternatif, par l'intermédiaire d'un transformateur connecté aux anodes dit re dresseur considéré.
La fig. 1 représente le schéma de prin cipe d'un tel ensemble fonctionnant sur les deux alternances d'un réseau monophasé: il se compose d'un transformateur 1, dont l'un des enroulements est connecté entre les ano des 3 et 5 d'un redresseur et possède une prise médiane; celle-ci est réunie au pôle positif du réseau à courant continu. L'autre enroulement du transformateur 1 est réuni au réseau à courant alternatif. On voit que, si les grilles 4 et 6 n'existaient pas, on au rait un système en court-circuit, les forces électromotrices du redresseur et du réseau à courant continu s'ajoutant.
Par contre, il est facile de voir qu'à l'aide des grilles, on peut faire en sorte que l'anode 3, par exemple, ne puisse débiter que lorsque la force élec tromotrice qu'elle peut transmettre du réseau à courant continu à l'enroulement correspon dant du transformateur 1 soit en opposition avec celle qu'y induit le réseau à courant alternatif 8. La substitution spontanée et périodique d'une anode à l'autre se fait par un réglage convenable des phases des ten sions appliquées aux grilles 4 et 6. Ce dis positif permet donc, par l'intermédiaire d'un redresseur polyanodique à électrodes de con trôle, de réaliser le transfert de la puissance d'un réseau à courant continu à un réseau à courant alternatif.
Supposons qu'on dispose d'un redresseur de courant à fonctionnement direct, transfor mant le courant alternatif en courant continu et qu'on se propose de le rendre réversible dans le but, par exemple, de .permettre la récupération de l'énergie dans une sous-station de traction par courant continu constituée par des redresseurs.
Le dispositif précédent permet d'y parvenir, mais il est facile de voir que, si le redresseur direct et le redres seur inversé ont le même couplage, ils doi vent posséder deux transformateurs indépen dants pour permettre d'atteindre le but pro posé; en effet, supposons qu'il en soit autre ment et que les redresseurs soient tous deux polyanodiques : leur transformateur commun devrait avoir son point neutre connecté au pôle négatif pour le redresseur direct et au pôle positif pour le redresseur inversé, d'où incompatibilité.
L'objet de la présente invention est un dispositif redresseur de courant à vapeur de mercure ou autre gaz ionisé permettant le transfert de puissance d'un réseau à courant alternatif à un réseau à courant continu, et réciproquement, comprenant, associés sur un même transformateur, un redresseur polyano- dique et un redresseur polycathodique, l'un fonctionnant à la manière ordinaire et l'autre en redresseur inversé par le moyen d'élec trodes de contrôle de l'amorçage de l'arc; ces électrodes peuvent avantageusement être alimentées de manière à avancer automati quement la phase de l'amorçage au fur et à mesure de l'augmentation de charge.
Dans le dessin annexé, les fig. 2, 4, 5 et 6 représentent, à titre d'exemples, des modes d'exécution du dispositif selon l'invention, et les fig, 3 et 7 des courbes.
En se référant à la fig. 2, on voit un transformateur triphasé 9 dont l'enroulement primaire est réuni au réseau à courant alter natif 10. L'enroulement secondaire alimente, d'une part, un redresseur triatiodique 11, dé bitant à la manière normale sur les barres à courant continu. D'autre part, les trois bornes de phases secondaires sont connectées aux trois cathodes d'un ensemble de trois redresseurs monoanodiques 12,13 et 14 dont les anodes 15, 16 et 17 sont réunies entre' elles et au pôle positif du réseau à courant continu par l'intermédiaire d'une forte bobine d'induc tance 18.
Le fonctionnement de l'ensemble des trois récipients 12, 13 et 14 en redresseur inversé s'explique comme suit, en se référant à la fig. 3 Les courbes pointillées 19, 20 et 21 re présentent les forces électromotrices induites dans les phases secondaires du transforma teur alimentant respectivement les cathodes 12, 13 et 14. Supposons le régime établi et la cathode 12 en débit: celui-ci se fait sui vant les flèches f indiquées sur la fig. 2. La force contre-électromotrice instantanée du redresseur inversé est représentée par la por tion de courbe 22. Le courant rendu sensi blement constant par l'inductance 18 est représenté par la portion de courbe 23.
A l'aide de la grille contrôlant l'anode 16, pro voquons l'allumage de celle-ci à la phase wto convenable. Un courant s'établit alors sui vant les flèches f, venant se superposer au précédent, le courant débité par le réseau à courant continu demeurant constant grâce à l'inductance 18, la cathode 13 débitant le courant représenté par la courbe 24, et la cathode 12 le courant représenté par la courbe 25. Ce régime de débit simultané des deux ca thodes dure jusqu'à la phase zati, pour la quelle la cathode 12, ayant cessé son débit, celui-ci se trouve transféré sur la cathode 13.
Pendant la période de débit simultané, la force contre-électromotrice du redresseur in versé est représenté par la portion de courbe 26 obtenue en majorant de la chute de ten sion dans les arcs la moyenne arithmétique des tensions 19 et 20. Après transfert du débit sur la cathode 13, la force contre- électromotrice instantanée du redresseur in versé est représentée par la courbe 27, le courant étant toujours rendu constant par l'inductance 18. L'angle d'empiétement com pris entre les phases ivto et wh varie avec le courant continu absorbé et croit avec lui.
Le calcul de la fore contre-électromotrice du redresseur inversé fonctionnant à phase d'amorçage constante montre qu'elle est égale à la force contre-électromotrice moyenne à vide (égale à l'ordonnée moyenne de la courbe 28) majorée d'une quantité propor tionnelle au courant absorbé.
Pour que l'ensemble du montage de la fig. 2 puisse fonctionner d'une manière satis faisante, il faut que la force contre-électro motrice à vide du redresseur inversé soit supérieure ou égale à la force électromotrice à vide du redresseur direct. Pour assurer la réalisation de cette condition, on peut em ployer divers procédés 1 On peut utiliser sans modification le montage de la fig. 2: si l'on veut alors que la force contre-électromotrice à vide du re dresseur inversé soit supérieure à la force électromotrice du redresseur direct, il est nécessaire d'avancer automatiquement la phase d'amorçage trto en fonction du courant absorbé, de manière que cette phase soit voisine de l'abscisse du point 29 lors de la marche à vide;
dans ces conditions, la force contre-électromotrice à vide du redresseur inversé est égale à la force électromotrice à vide du redresseur direct, majorée du double de la chute de tension dans l'are<B>;</B> elle est donc sûrement supérieure. Si l'on veut, au contraire, utiliser une phase d'amorçage cons tante, il est nécessaire d'utiliser d'autres artifices, tels que les suivants 2 Un procédé évident consiste à placer dans le circuit de la bobine d'induction 18 une force contre-électromotrice s'ajoutant à celle du redresseur inversé et pouvant être constituée soit par une batterie d'accumula teurs, soit par une petite génératrice à cou rant continu.
3 On peut encore, et ceci est préférable, survolter légèrement l'alimentation du redres seur inversé à l'aide d'un autotransformateur réalisant la condition cherchée. La fig.4 montre une réalisation du montage en ques tion toujours en courant triphasé : les nota tions sont les mêmes que celles de la fig. 2, sauf en ce qui concerne l'autotransformateur 30 dont le rapport de transformation doit être choisi de manière à réaliser la condition de supériorité de la force contre-électromo trice à vide du redresseur direct.
Il va sans dire que le même résultat peut encore être obtenu par l'emploi de prises supplémentaires sur le secondaire du transformateur 9, la tension la plus élevée étant utilisée à l'ali mentation du redresseur inversé.
4 Enfin, pour réaliser la condition cher chée, on peut munir le redresseur direct à son tour d'électrodes de contrôle, grilles ou gaines, servant alors à retarder l'amorçage de l'arc de manière à abaisser la force élec tromotrice à vide du redresseur direct au- dessous de la force contre-électromotrice à vide du redresseur inversé.
Les montages qu'on vient de décrire ont été réalisés en associant un redresseur poly- anodique fonctionnant en direct avec un re dresseur polycathodique fonctionnant en in versé. La fig. 5 montre la combinaison inverse, utilisée en monophasé : le redresseur direct est constitué par les deux redresseurs mono- anodiques 31 et 32, et le redresseur inversé par le redresseur bianodique à grilles de contrôle 33.
L'ensemble est alimenté par le transformateur 34, et une bobine d'induc tance 35 assure la constance du courant absorbé par le redresseur inversé. Il va sans dire que les artifices mentionnés plus haut sont encore applicables ici.
Le redresseur fonctionnant en direct et le redresseur inversé, associés selon la pré sente invention, peuvent avoir des nombres de phases différents; considérons, par exem ple, un redresseur direct hexaphasé, utilisant le montage dit avec bobine d'absorption : il est possible d'employer seulement un redres seur inversé à trois phases, comme le montre la fig. 6. En se référant à cette figure, on voit que le redresseur direct à six anodes 36 est alimenté par l'ensemble des deux enrou lements secondaires 37 et 38 d'un transfor mateur tri-hexaphasé dont l'enroulement pri maire 39 est connecté au réseau alternatif.
Les deux points neutres sont réunis par la bobine d'absorption 40 dont la prise médiane est connectée au pôle négatif du réseau à courant continu. Le redresseur inversé est constitué par l'ensemble de trois redresseurs monoanodiques à grille dont les cathodes sont alimentées par l'autotransformateur sur volteur 44 et les anodes réunies entre elles et au pôle positif du réseau à courant con tinu par l'intermédiaire de la bobine d'induc tance 45.
Le fonctionnement du système est analogue au précédent ; toutefois, il présente une particularité intéressante : on sait que le redresseur direct monté en hexaphasé avec bobine d'absorption présente une caractéristi que de chute de tension ayant l'allure de la courbe 46 sur la fig. 7 ; la tension tombe d'abord très rapidement de la valeur Û,,. correspondant à la marche à vide jusqu'à la valeur 0,866 UQO, et ceci pour une valeur de la charge T,, connue sous le nom de charge critique ; la caractéristique est ensuite beau coup moins inclinée jusqu'au courant de pleine charge I.
La caractéristique externe du redresseur inversé est rectiligne, du genre de la courbe 47, deux fois plus inclinée que la deuxième branche de courbe 46, et l'ordonnée à l'ori gine peut être réglée en agissant sur le rapport de transformation - de l'autotransfor mateur 44. On peut donc la régler de ma nière à absorber la plus grande partie de la surtension qui se produit sur le redresseur direct au-dessous de la charge critique : un faible courant est alors débité en permanence par le redresseur direct dans le redresseur inversé qui récupère la puissance correspon dante. L'inconvénient bien connu du redres seur hexaphasé avec bobine d'absorption dis paraît donc au prix de pertes supplémen taires minimes.
A device for rectifying a current of mercury vapor or other ionized gas allowing the transfer of power from an alternating current network to a direct current network, and vice versa. It is known that, given a mercury arc or other ionized gas rectifier, formed of a cathode and several anodes, it is possible, by providing them with control electrodes, grids or outer sheaths, to use these last ones. so as to achieve an assembly making it possible to absorb power on a direct current network and to debit this power, less losses, on an alternating current network, by means of a transformer connected to the anodes called re-dresser considered.
Fig. 1 shows the principle diagram of such an assembly operating on the two halfwaves of a single-phase network: it consists of a transformer 1, one of the windings of which is connected between the ano of 3 and 5 of a rectifier and has a midpoint; this is joined to the positive pole of the direct current network. The other winding of transformer 1 is joined to the alternating current network. It can be seen that, if the grids 4 and 6 did not exist, there would be a short-circuited system, the electromotive forces of the rectifier and of the direct current network being added.
On the other hand, it is easy to see that with the help of the grids, it is possible to ensure that the anode 3, for example, can only deliver when the electric force that it can transmit from the direct current network to the corresponding winding of transformer 1 is in opposition to that induced by the alternating current network 8. The spontaneous and periodic substitution from one anode to another is carried out by a suitable adjustment of the phases of the applied voltages to grids 4 and 6. This positive device therefore makes it possible, by means of a polyanode rectifier with control electrodes, to transfer the power from a direct current network to an alternating current network.
Suppose that we have a current rectifier with direct operation, transforming the alternating current into direct current and that we propose to make it reversible in order, for example, to allow the recovery of energy in a DC traction substation made up of rectifiers.
The previous arrangement allows this to be achieved, but it is easy to see that, if the direct rectifier and the inverted rectifier have the same coupling, they must have two independent transformers in order to achieve the proposed goal; indeed, suppose that it is otherwise and that the rectifiers are both polyanodic: their common transformer should have its neutral point connected to the negative pole for the direct rectifier and to the positive pole for the reversed rectifier, hence incompatibility.
The object of the present invention is a rectifier device for the current of mercury vapor or other ionized gas allowing the transfer of power from an alternating current network to a direct current network, and vice versa, comprising, associated on the same transformer , a polyanodic rectifier and a polycathodic rectifier, one operating in the ordinary manner and the other as an inverted rectifier by means of arc initiation control electrodes; these electrodes can advantageously be supplied so as to automatically advance the ignition phase as the load increases.
In the accompanying drawing, figs. 2, 4, 5 and 6 represent, by way of examples, embodiments of the device according to the invention, and FIGS, 3 and 7 of the curves.
Referring to fig. 2, we see a three-phase transformer 9 whose primary winding is joined to the network with native alternating current 10. The secondary winding supplies, on the one hand, a triatiodic rectifier 11, discharging in the normal way on the current bars. continued. On the other hand, the three secondary phase terminals are connected to the three cathodes of a set of three monoanode rectifiers 12, 13 and 14, the anodes 15, 16 and 17 of which are joined together and to the positive pole of the current network. continuous by means of a strong inductance coil 18.
The operation of all three receptacles 12, 13 and 14 as an inverted rectifier is explained as follows, with reference to FIG. 3 The dotted curves 19, 20 and 21 show the electromotive forces induced in the secondary phases of the transformer supplying respectively the cathodes 12, 13 and 14. Let us assume the steady state and the cathode 12 in flow: this is done as follows the arrows f shown in fig. 2. The instantaneous back EMF of the inverted rectifier is represented by the portion of curve 22. The current made substantially constant by the inductor 18 is represented by the portion of curve 23.
Using the grid controlling the anode 16, we cause the latter to be ignited at the appropriate wto phase. A current is then established following the arrows f, superimposed on the previous one, the current supplied by the direct current network remaining constant thanks to the inductor 18, the cathode 13 delivering the current represented by the curve 24, and the cathode 12 the current represented by curve 25. This regime of simultaneous flow of the two cathodes lasts until the phase zati, for which the cathode 12, having ceased its flow, this one is transferred to the cathode 13.
During the period of simultaneous flow, the back-electromotive force of the reverse rectifier is represented by the portion of curve 26 obtained by increasing by the voltage drop in the arcs the arithmetic mean of the voltages 19 and 20. After transferring the flow to the cathode 13, the instantaneous back-electromotive force of the reversed rectifier is represented by the curve 27, the current being always made constant by the inductor 18. The encroachment angle comprised between the phases ivto and wh varies with the DC current absorbed and grows with it.
The calculation of the counter-electromotive force of the inverted rectifier operating at constant starting phase shows that it is equal to the mean back-electromotive force at no load (equal to the mean ordinate of curve 28) increased by a quantity proportional to the current absorbed.
So that the assembly of FIG. 2 can function satisfactorily, the no-load electro-motive force of the reverse rectifier must be greater than or equal to the no-load electromotive force of the direct rectifier. In order to ensure that this condition is met, various methods can be employed. The arrangement of FIG. 2: if we then want the back-electromotive no-load force of the reverse rectifier to be greater than the electromotive force of the direct rectifier, it is necessary to automatically advance the starting phase trto according to the current absorbed, so that this phase is close to the abscissa of point 29 during idling;
under these conditions, the back-electromotive no-load force of the reverse rectifier is equal to the no-load electromotive force of the direct rectifier, increased by twice the voltage drop across the are <B>; </B> it is therefore surely superior. If, on the contrary, we want to use a constant firing phase, it is necessary to use other devices, such as the following 2 An obvious method consists in placing in the circuit of the induction coil 18 a counter-electromotive force in addition to that of the inverted rectifier and which can be constituted either by a battery of accumulators or by a small generator with direct current.
3 It is still possible, and this is preferable, to slightly boost the power supply to the reverse rectifier using an autotransformer achieving the desired condition. Fig. 4 shows an embodiment of the assembly in question still in three-phase current: the notations are the same as those in fig. 2, except as regards the autotransformer 30, the transformation ratio of which must be chosen so as to achieve the condition of superiority of the vacuum counter-electromotive force of the direct rectifier.
It goes without saying that the same result can still be obtained by using additional taps on the secondary of transformer 9, the highest voltage being used to supply the reverse rectifier.
4 Finally, to achieve the desired condition, the direct rectifier can in turn be fitted with control electrodes, grids or sheaths, then serving to delay the initiation of the arc so as to lower the no-load electromotive force. rectifier below the no-load back EMF of the reverse rectifier.
The assemblies which have just been described were produced by associating a polyanodic rectifier operating directly with a polycathodic rectifier operating in reverse. Fig. 5 shows the reverse combination, used in single phase: the direct rectifier is made up of the two mono-anode rectifiers 31 and 32, and the inverted rectifier by the bianode rectifier with control gates 33.
The assembly is supplied by transformer 34, and an inductance coil 35 ensures the constancy of the current absorbed by the inverted rectifier. It goes without saying that the devices mentioned above are still applicable here.
The rectifier operating in direct and the rectifier reversed, associated according to the present invention, can have different numbers of phases; Let us consider, for example, a six-phase direct rectifier, using the assembly known as with absorption coil: it is possible to use only a three-phase inverted rectifier, as shown in fig. 6. Referring to this figure, it can be seen that the direct rectifier with six anodes 36 is supplied by the assembly of the two secondary windings 37 and 38 of a three-six-phase transformer whose primary winding 39 is connected. to the alternative network.
The two neutral points are united by the absorption coil 40, the middle tap of which is connected to the negative pole of the direct current network. The inverted rectifier is made up of the set of three single-anode grid rectifiers whose cathodes are supplied by the autotransformer on volteur 44 and the anodes joined together and at the positive pole of the direct current network via the coil. inductance 45.
The operation of the system is analogous to the previous one; however, it has an interesting feature: it is known that the direct rectifier mounted in six-phase with absorption coil has a voltage drop characteristic having the shape of the curve 46 in FIG. 7; the voltage first drops very quickly from the value Û ,,. corresponding to idling up to the value 0.866 UQO, and this for a value of the load T ,, known under the name of critical load; the characteristic is then much less inclined up to the full load current I.
The external characteristic of the inverted rectifier is rectilinear, of the kind of curve 47, twice as inclined as the second branch of curve 46, and the ordinate at the origin can be adjusted by acting on the transformation ratio - of l autotransformer 44. It can therefore be adjusted in such a way as to absorb most of the overvoltage which occurs on the direct rectifier below the critical load: a low current is then continuously drawn by the direct rectifier in the inverted rectifier which recovers the corresponding power. The well-known drawback of the six-phase rectifier with absorption coil therefore appears at the cost of minimal additional losses.