Installation pour la transformation d'un courant alternatif en un courant continu à très haute intensité La présente invention a pour objet une installa tion pour la transformation d'un courant alternatif en un courant continu à très haute intensité, comprenant plusieurs circuits de redressement distincts, constitués par des redresseurs à semi-conducteur, ces circuits étant couplés en parallèle et connectés à une source de courant alternatif de manière à fournir un courant de sortie continu.
Cette installation est caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif engendrant de faibles forces électromotrices d'équilibrage, lesquelles sont ajoutées algébriquement à la tension alternative appliquée aux différents circuits, de manière à com penser les différences de résistance interne, dans le sens conducteur, existant entre les redresseurs des différents circuits.
Deux formes d'exécution de l'installation selon l'invention seront décrites ci-après, à titre d'exemple, en regard du dessin annexé, dans lequel La fig. 1 est un schéma de principe de la pre mière forme d'exécution comprenant un autotrans- formateur d'équilibrage associé avec un transforma teur d'alimentation et trois circuits en pont, et la fig. 2 est un schéma de principe de la seconde forme d'exécution comprenant un ensemble de cir cuits comportant des résistances en parallèle avec les redresseurs.
L'installation représentée à la fig. 1 comprend un transformateur triphasé 130 doté d'un enroule ment primaire 110 et d'un enroulement secondaire 112. L'enroulement primaire de cet exemple est monté en triangle, tandis que l'enroulement secon daire est monté en étoile. On peut cependant utiliser un montage quelconque des enroulements triphasés donnant la tension de sortie désirée sur les bornes 152, 154 et 156.A ces bornes est connecté un autotransformateur triphasé élévateur ou abaisseur 136 à prises. L'élévation et l'abaissement des tensions dépendent de la position des bornes d'entrée 158, 160 et 162 entre le point commun des enroulements et leurs extrémités.
Les prises de l'auto-transforma- teur, désignées par les indices de référence la à 1i, peuvent être en nombre quelconque et sont disposées sur les enroulements de l'auto-transformateur de manière à fournir les tensions désirées. Un circuit redresseur triphasé, comprenant des diodes redres- seuses 42 à semi-conducteur, est connecté aux prises <I>la, lb</I> et 1c de l'auto-transformateur.
Un deuxième circuit redresseur est alimenté par les prises 1d, le et<B>l f,</B> tandis qu'un troisième circuit redresseur est alimenté par les prises 1g, 1h et 1i. Les circuits re dresseurs représentés sont des circuits en pont à six éléments. Les circuits en pont sont couplés en paral lèle et débitent sur un circuit d'utilisation commun à courant continu 16. Le nombre des circuits redres seurs utilisés pourrait être beaucoup plus grand que trois.
Pendant le fonctionnement de l'installation repré sentée sur la fig. 1, les tensions alternatives sont ap pliquées aux circuits redresseurs formés par les diodes redresseuses 42, et les tensions qui sont appli quées à un certain nombre de diodes redresseuses connectées en série, sont déterminées par les prises la à 1i prenant une partie plus ou moins importante des tensions fournies par les bornes 152, 154 et 156.
Ainsi, si certaines séries de diodes redresseuses pré- sentent une faible résistance dans le sens direct, elles peuvent être alimentées avec une tension d'entrée inférieure à celle qu'on doit appliquer à des séries de diodes redresseuses présentant une résistance plus élevée. Les prises de l'auto-transformateur sont choi sies de telle manière que toutes les séries de diodes redresseuses 42 laissent passer sensiblement la même part du courant de charge.
L'installation représentée sur la fig. 1 comprend un transformateur triphasé. Il est bien évident que plusieurs de ces transformateurs pourraient être utili sés pour alimenter plusieurs circuits redresseurs en pont dont les bornes de sortie du courant continu sont connectées en parallèle. De plus, le transformateur triphasé pourrait être remplacé par des transforma teurs monophasés.
Pour plus de clarté, la fig. 1 ne montre qu'une diode redresseuse dans chaque circuit. Généralement, plusieurs diodes redresseuses sont cependant connec tées en série pour fournir du courant continu d'une tension de plusieurs centaines de volts. De plus, dans une installation usuelle, plusieurs circuits com prenant des séries de diodes redresseuses sont connec tés à chacune des bornes 152, 154 et 156, et les différents circuits sont connectés en parallèle.
A cha que circuit est appliquée une force électromotrice d'équilibrage qui est ajoutée à la tension fournie par l'enroulement secondaire 112 ou retranchée de celle- ci pour compenser les différences de résistance interne, dans le sens conducteur, existant entre les diodes redresseuses des différents circuits.
La valeur de cette force électromotrice appliquée à chaque diode redresseuse dépasse rarement 0,3 volt, et elle est généralement comprise dans une gamme allant jusqu'à 0,5 volt. Lorsqu'on utilise des circuits en pont comprenant plusieurs diodes redres- seuses montées en séries, les forces électromotrices nécessaires dépendent naturellement de la somme algébrique des différences de résistance de toutes les diodes des différents circuits, et ces forces électro motrices peuvent être très fortes ou très faibles.
Un exemple particulier fera mieux comprendre ce qui précède: Une installation doit fournir un courant continu de 45 000 ampères sous 250 volts. Avec des diodes redresseuses étalonnées pour 150 ampères, chaque pont triphasé donne un débit de 450 ampères.<B>Il</B> est donc nécessaire de connecter en parallèle cent ponts à 450 ampères pour obtenir un débit total de 45 000 ampères.
Ce débit de 45 000 ampères sous 250 volts, ou de 11 250 kilowatts, exige à l'entrée une puissance alternative de<B>11250</B> kilowatts plus les pertes. On négligera ces pertes pour faciliter les explications. La tension d'entrée simple nécessaire du courant tri phasé est d'environ 190 volts pour l'obtention du courant continu de sortie de 250 volts.
Chaque pont exige à l'entrée une puissance tri phasée de 112,5 kilowatts sous 190 volts, ou une intensité alternative de 34.2 ampères. Les cent ponts exigent à l'entrée une intensité alternative de 34 200 ampères.
Les diodes redresseuses au germanium actuelle ment disponibles résistent à une tension inverse de ,crête de 90 volts. Dans cet exemple, cinq diodes redresseuses sont connectées en série dans chaque branche du pont pour une tension continue de sortie de 250 volts. Il est donc nécessaire d'utiliser trente diodes redresseuses pour un pont à six branches, comme le montre la fig. 1.
Le courant alternatif alimentant les cent ponts peut être fourni par A. Cent transformateurs donnant chacun une intensité alternative de 342 ampères sous 190 volts.
B. Dix transformateurs donnant chacun une intensité alternative de 3420 ampères sous 190 volts.
C. Un transformateur donnant une intensité alternative de 34 200 ampères sous 190 volts. Lorsqu'on utilise dix transformateurs, dix ponts redresseurs sont alimentés par un enroulement de transformateur.
Les diodes redresseuses au germanium et à haut rendement engendrent des chutes internes de tension allant de 0,42 à 0,54 volt. De plus, les longueurs des conducteurs et les résistances des connexions peuvent être inégales. Avec dix circuits en parallèles, un choix judicieux des diodes redresseuses permet la con nexion en parallèle de diodes à résistances internes égales, ce qui divise également la charge en parts égales.
Cependant, un assemblage de diodes redres- seuses à résistances internes rigoureusement égales ne peut compenser les différences de longueur des con ducteurs, et ne résout pas le problème de l'entretien lorsque les redresseurs doivent être remplacés, parce qu'il est nécessaire de maintenir en réserve un certain nombre de diodes redresseuses présentant exactement la même résistance interne que les diodes à rem placer.
Ceci explique la nécessité d'un dispositif engen drant des forces électromotrices d'équilibrage per mettant de répartir la charge en parts égales sur les dix circuits en parallèle bien que ceux-ci comportent des diodes redresseuses présentant des résistances internes inégales, que les conducteurs de connexion présentent des impédances inégales, et que les con nexions entre ces conducteurs et les diodes redresseu- ses présentent également des résistances inégales.
Pour obtenir la division égale de la charge, on ajoute algébriquement une faible force électromotrice à chacun des dix ponts redresseurs formés par des diodes redresseuses au germanium.
Un autotransformateur à prises multiples, simi laire à celui que montre la fig. 1, est connecté à cha que transformateur et engendre des forces électro motrices qui sont ajoutées ou retranchées, suivant la prise considérée, à la tension alternative du trans- formateur d'alimentation des redresseurs. Chacun des circuits en pont reçoit ainsi un courant alternatif du transformateur de puissance 130, mais chacune des prises est disponible comme vernier de réglage des tensions pour appliquer aux diodes redresseuses des charges égales.
Dans un transformateur triphasé quelconque, la somme des courants alternatifs est égale à zéro. Ce pendant, une phase peut laisser passer dans les redres seurs un courant continu de charge légèrement supé rieur. Ce déséquilibre peut se traduire par un courant continu résiduel dans l'auto-transformateur d'équili brage. Pour réduire au minimum toute saturation en courant continu de l'auto-transformateur d'équili brage, on prévoit un entrefer (d'une largeur d'environ 1,3 mm) dans son circuit magnétique.
Des essais ont montré que, sans dispositif d'équi librage, les débits dans les dix circuits en parallèle peuvent varier d'environ 40 % entre la plus forte et la plus faible intensité, avec les diodes redresseuses actuellement disponibles.
Après l'assemblage initial des diodes, et pendant l'essai de l'ensemble des redresseurs, un ampère mètre du type à blocage peut facilement déterminer les circuits à fort et à faible débit. La connexion de chaque circuit peut être rapidement déplacée d'une ou de deux prises, en montant ou en descendant sur l'auto-transformateur, pour l'égalisation du courant de sortie. Lorsque les dix circuits en parallèle ont été équilibrés dans les limites de la tolérance désirée, les connexions peuvent rester sur les prises ainsi choisies de l'auto-transformateur. Lorsqu'on remplace ulté rieurement une diode redresseuse, l'équilibre peut être modifié par une différence insignifiante de la résistance interne de la nouvelle diode par rapport à celle de la diode remplacée.
On peut alors choisir une prise de tension de l'auto-transformateur rétablissant le courant de sortie désiré.
Cet autotransformateur d'équilibrage est petit en ce qui concerne les caractéristiques électriques et les dimensions, par exemple de 3000 ampères sous 0,14 volt donnant 420, volts-ampères. Une puissance réduite est cependant suffisante sur les bornes extrê mes. La puissance totale de ce transformateur peut donc être d'environ 0,2 KVA, et il est alors relative ment peu coûteux, ce qui est avantageux parce que trois transformateurs de 0,2 KVA sont nécessaires pour un transformateur d'alimentation triphasé de 1125 KVA alimentant les redresseurs.
Le potentiel non équilibré dans les dix circuits en parallèle est in signifiant, et il est pratiquement impossible de pré voir cent transformateurs d'alimentation dans une installation de ce genre.
Un équilibrage est nécessaire entre les dix trans formateurs d'alimentation de 1125 KVA à cause de leurs impédances inégales. On peut utiliser six prises de 0,25 % sur l'enroulement primaire de ces dix transformateurs d'alimentation pour permettre un réglage donnant une puissance égale à chacun des dix transformateurs. Dans une variante, on peut remplacer l'auto- transformateur 136 par un transformateur compre nant des enroulements primaire et secondaire, et excité indépendamment du transformateur 130. Dans ce cas, on prévoit plusieurs prises sur l'enroulement secondaire pour obtenir la faible force électromotrice nécessaire à l'équilibrage.
Dans une autre forme d'exécution, on peut aussi protéger les diodes redresseuses à semi-conducteur du type décrit contre les excès de courant inverse ou courant de fuite. La résistance interne de diodes redresseuses à semi-conducteur, par exemple de di odes au germanium, peut varier dans une proportion considérable dans le sens inverse. Au-delà d'un cer tain maximum, une diode redresseuse à semi-conduc teur laisse passer un courant inverse ou courant para site excessif et tel qu'il entraîne la destruction de cette diode.
Dans cette forme d'exécution, une résistance est connectée en parallèle avec chaque diode redresseuse d'un circuit en pont. Les résistances utilisées à cet effet ont une faible valeur comprise entre 100 et <B>1000</B> ohms, et agissent grâce à leur connexion en parallèle avec les diodes redresseuses comme des divi seurs de tension pour les diodes dans un circuit quelconque.
Les résistances, connectées en parallèle avec les diodes redresseuses d'un circuit en pont, sont étalon nées et disposées de façon que les valeurs des résis tances d'un circuit en pont quelconque ne diffèrent pas au-delà de 1 %. Les résistances sont connectées en série entre elles, et cette connexion en série et en parallèle commande la distribution de la tension entre les diodes de façon qu'elle soit sensiblement uni forme.
Les résistances connectées en parallèle avec les diodes redresseuses présentent une valeur telle qu'elle soit 15 000 à 125 000 fois supérieure à celle des redresseurs à semi-conducteur correspondants dans le sens direct. Leur valeur doit être également telle qu'elle soit comprise entre '/_ et '/:o de la résistance des redresseurs semi-conducteurs correspondants dans le sens inverse. Dans les circuits, la résistance totale des résistances de chaque circuit est sensiblement égale à la résistance totale des résistances de chacun des autres circuits.
La fig. 2 montre douze circuits en pont 201 à 212 connectés à un transformateur d'alimentation 213. Dans cet exemple, les diodes redresseuses à semi-conducteur 214 sont disposées en trois groupes parallèles dans un circuit en pont, bien que cet agen cement puisse être modifié, à condition que chaque circuit en pont contienne dans chaque branche du pont le même nombre de diodes redresseuses. Entre les bornes de chaque diode est intercalée une résis tance 215 de 500 ohms, et les résistances de chaque branche sont connectées en série.
Les résistances sont représentées en dérivation avec les diodes de toutes les branches du pont 201, et il est bien entendu que cet agencement des résistances est prévu pour cha- que diode et chaque branche de tous les circuits en pont.
Grâce à cet agencement, la différence entre la valeur de la résistance d'un ensemble comprenant un redresseur et la résistance associée d'un circuit, et celle d'un autre ensemble du même circuit, est extrê mement faible et la distribution de la tension est pra tiquement identique. Les différences qui peuvent se présenter sont extrêmement faibles.
Pour indiquer le claquage d'un redresseur dans une branche quelconque, on a prévu, selon la fig. 2, entre chaque barre collectrice de courant continu et la dernière résistance d'une série, un fusible 216 de Tordre de 250 ampères, mais dont la valeur peut être modifiée en fonction de l'importance des circuits en pont utilisés, et du maximum d'intensité que doit laisser passer un circuit en pont quelconque. Ce fusi ble est détruit dès que l'intensité dépasse celle pour laquelle il a été établi, ce qui peut résulter d'un cla quage de diodes redresseuses et du court-circuit con sécutif.
Une lampe indicatrice appropriée peut être connectée en parallèle avec chaque fusible pour s'al lumer après la destruction de ce dernier, ce qui indi que que la branche de pont correspondante laisse pas ser un courant d'une intensité excessive.