Appareil convertisseur de courant. L'objet de la présente invention est un appareil pour la conversion de courant tri phasé en courant continu et vice-versa, respec tivement cri courants d'autres fréquences. L'invention est basée sur le fait que lorsque l'enroulement secondaire d'un transformateur de courant alternatif est divisé en bobines dont la moitié est enroulée dans tin sens et l'autre moitié dans le sens contraire et lorsque ces bobines sont raccordées avec des segments successifs d'un collecteur ayant deux balais,
titi courant pulsatoire de direction constante périt être pris pendant un mouvement relatif approprié des balais par rapport art collec teur. En partageant convenablement le nombre des spires de l'enroulement secondaire sur les bobines un courant pulsatoire à ligne ondulée sinusoïdale peut être obtenu. Par inversion, un courant continu peut être trans formé en courant alternatif à l'aide d'un tel arrangement.
L'application de cc principe est bien connu et a été développé de manières différentes. Dans le brevet allemand n 78825 au nom de M. M. Hutin et Leblanc une disposition est décrite au moyen de laquelle du courant continu est obtenu d*urr courant alternatif à deux phases ou à trois phases.
Dans ce but, deux ou trois transformateurs du type men tionné ci-dessus sont employés dont les en roulements primaires sont montés d'une ma nière telle que les phases des forces magnéto- motrices possèdent le déplacement demandé l'une par rapport à l'autre. Deux, respective ment trois bobines correspondantes des en- roulements secondaires des deux ou trois transformateurs susdits sont montées en séries entre deux segments d'un collecteur sur .le quel glissent deux balais avec une vitesse donnée (vitesse de synchronisme).
Si le nombre de spires de chaque bobine a été convenablement choisi, on obtient aux balais, à la vitesse de synchronisme, un po tentiel constant de courant continu. Avec cette disposition, la transformation d'un cou rant alternatif triphasé en courant continu requiert trois transformateurs.
La présente invention offre la possibilité de convertir titi courant alternatif triphasé cri courant continu d'un potentiel constant ou vice-versa au moyen de deux noyaux trans formateurs. Dans ce but, on emploie"la con- nexion dite "connexion Scott" par laquelle on peut convertir le courant alternatif tri phasé en courant alternatif à deux phases, ce dernier étant converti en côurant continu oui vice-versa de la manière connue.
Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, montre une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
Ladite forme d'exécution va être décrite, pour faciliter la compréhension, comme étant employée dans une installation en cours d'essais et destinée à la transformation d'un courant alternatif triphasé de 80 volés de tension effective composée en un courant continu de 130 volts. !1 et B représentent les noyaux des deux transformateurs mono phasés excités du côté primaire par un cou rant alternatif triphasé amené par les con nexions X Y Z.
Les phases X et Z sont raccordées de telle sorte qu'elles produisent dans le noyait 3 un flux magnétique résul tant qui est différent de 90 en phase de celui produit dans le noyau B par la phase Y. On utilise donc la connexion bien connue de Scott pont- transformateurs qui sert à traits- former un courant alternatif biphasé cri cou rant alternatif triphasé ou vice-versa.
L'en roulement secondaire S, sur le noyau 1., est divisé en deux parties, dont l'une, qui com prend les spires D à E#, vers la droite du noyau A, est. enroulée, comme on peut le voir, dans le sens opposé aux spires com prises dans la partie I' à G vers la gauche du noyaux.
De même, les spires entourant le noyau B sont divisées en deux sections; les spires de l'une de ces sections, qui sont comprises entre les points<I>H</I> et<I>I,</I> sont en roulées dans la direction opposée à celle des spires comprises entre les points J et Ii. Chaque section comprend un total de 98 spires qui sont mises en ou hors de circuit au moyen de quatre séries des balais rotatifs L qui se déplacent sur les segments 111 du collecteur. Chaque bobine des sections est connectée à un segment du collecteur.
Les spires com prises dans chaque bobine sont déterminées de manière telle, que, les balais avançant d'un segmen% sur le collecteur, les nombres ré- sultant des spires de chaque noyait qui sont comprises entre deux séries successives de balais varie à peu près suivant la loi du sinus. Une bobine sur un noyau est connec tée en série avec une bobine sur l'autre noyait qui correspond à un décalage de 90 .
La table suivante permettra de suivre plus facile ment le dessin
EMI0002.0028
I <SEP> II <SEP> III <SEP> IV
<tb> 6 <SEP> 98 <SEP> 9<B>2</B>,3 <SEP> 130,4 <SEP> <B>301-W</B>
<tb> 20 <SEP> 96 <SEP> 92,2 <SEP> 130,2 <SEP> <B>1</B>i1 <SEP> 45'
<tb> 34 <SEP> 92 <SEP> <B>92,2 <SEP> 130,-)</B> <SEP> 200 <SEP> 16'
<tb> 44 <SEP> 88 <SEP> 92,<B>5 <SEP> 130,7</B> <SEP> 260 <SEP> 33'
<tb> 54 <SEP> 82 <SEP> 92,3 <SEP> 130,4 <SEP> 33" <SEP> 20'
<tb> 64 <SEP> 74 <SEP> 93,0 <SEP> 130,0 <SEP> 4011-501
<tb> 74 <SEP> 64 <SEP> 92,0 <SEP> 130,0 <SEP> 49 <SEP> 10'
<tb> 82 <SEP> 54 <SEP> 92,3 <SEP> 130,4 <SEP> 5<B>6</B> <SEP> 40'
<tb> 88 <SEP> 44 <SEP> 92,5 <SEP> 130,7 <SEP> 63<B>0</B> <SEP> 27'
<tb> 92 <SEP> 34 <SEP> 92,2 <SEP> 130,3 <SEP> 69 :
14'
<tb> 96 <SEP> 20 <SEP> 92,2 <SEP> 130,2 <SEP> 78<B>0</B> <SEP> 15'
<tb> 98 <SEP> 6 <SEP> 92,3 <SEP> 130,4 <SEP> 860 <SEP> 29' La colonne I représente la proportion suivant laquelle les spires sur le noyau t1 augmentent du fait du déplacement clés balais L sur les segments du collecteur. En même temps, les spires sur le noyau B diminuent dans la proportion indiquée par les chiffres de la colonne II.
Ces nombres augmentent ou diminuent approximativement suivant la loi des sinus; par suite, si l'on prend deux nombres quelconques dans les colonnes I et II qui correspondent à une même position des balais, on constate que la somme géométrique des vecteurs représentant les tensions pro duites dans les enroulements des deux noyaux égale approximativement une quantité cons tante. Par exemple, le flux magnétique dans le noyau de chaque transformateur est tel que chaque spire donne une force électro motrice effective de 0,94 volts.
Si l'on prend dans les colonnes I et II, les nombres de spires 6 et 98 on obtient
EMI0002.0036
De même, les nombres 54 et 8? donnent:
EMI0002.0037
La colonne III montre les voltages effectifs résultants des divers _eroupes de bobines. La colonne IV représente le voltage maximum de chaque groupe de bobines et. est égale aux valeurs de la colonne III multipliées par -\,/2. C'est là le voltage qui apparait aux segments du collecteur et qui est collecté comme courant continu.
La colonne V repré sente le déplacement angulaire correspondant aux valeurs des tangentes données par les quotients des chiffres colonne I par les chiffres colonne II. Pour déterminer les spires de chaque bobine et, par exemple, celles du n 1 sur le noyau :1, on prend les nombres de la colonne II:
EMI0003.0006
<U>98-96</U>
<tb> Bobine <SEP> n <SEP> 1 <SEP> = <SEP> <U>2</U> <SEP> = <SEP> 1 <SEP> spire.
<tb> <U>96-92</U>
<tb> <B>71</B> <SEP> n <SEP> 2 <SEP> - <SEP> <U>2</U> <SEP> = <SEP> 2 <SEP> spires.
<tb> <U>92-88</U>
<tb> = <SEP> 2 <SEP> =2 <SEP> ,
<tb> n4-<U>88-82</U>-3
<tb> " <SEP> 2 <SEP> "
<tb> <U>82-74</U>
<tb> n <SEP> 5= <SEP> 2 <SEP> =4 <SEP> ,
<tb> <U>74-64</U>
<tb> n 6= <SEP> 2 <SEP> =5 <SEP> et ainsi de suite:
EMI0003.0007
<U>34</U>2<U>0</U>
<tb> Bobine <SEP> n <SEP> 10 <SEP> = <SEP> <U>9</U> <SEP> ,. <SEP> ri <SEP> I1 <SEP> = <SEP> <U>202 <SEP> 6</U> <SEP> = <SEP> 7 <SEP> " Pour obtenir la commutation sans étin celles, il est préférable que la largeur des segments du collecteur varie comme il sera exposé tout à l'heure. Par exemple, la bobine n 1, qui a mi tour sur le noyau r1, est con nectée en série avec une bobine qui com porte sept tours sur le noyau B.
Comme le courant dans les deux bobines a un décalage de phase de 90 , la tangente de l'angle que fait *le vecteur représentant la force électro- motrice résultante avec la force électromotrice de la bobine qui comporte le plus grand nombre de tours est égale à
EMI0003.0014
l'angle môme étant arc tg
EMI0003.0015
--- arc tg (0,1429) = 8 8'; il conviendra que la largeur du segment du collecteur corresponde, en degrés électriques, à cette mesure angulaire.
La bobine n 2 possédant deux tours sur le noyau .1. est connectée en série avec une bobine dit noyau B comportant sept tours. Dans ce cas, l'angle est arc tg i
EMI0003.0022
= arc tg (0;\3857) = 15 56' en mesure angulaire, la largeur de ce segment étant égale à (15" 56')-(b" 8') = 7"48' en degrés électriques.
La bobine n 3 qui com porte deux tours est en série avec une bobine du noyau B présentant cinq tours: arc tg
EMI0003.0025
= arc tg (().4) = 21" 48' en mesure angulaire. et la largeur du segment du collecteur correspondant est égale à (21 48')-(1.5' 56') = 5 52' et) degrés élec- triqrles.
La largeur de tous les segments de col lecteur petit être déterminée de la même manière.
La construction en cours d'essais est destinée à fonctionner avec un courant de 50 périodes par seconde et, par conséquent, pour maintenir la vitesse des balais rotatifs dans les limites raisonnables, on utilise un collecteur quadripolaire, c'est-à-dire un col lecteur comprenant un nombre < le segments double du nombre de bobines enroulées sur chaque noyau de transformateur. Pour ob tenir, du courant continu, il est évident que les balais doivent être actionnés par tin mo teur synchrone quadripolaire (non représenté)
qui donne une vitesse synchrone de<B>1500</B> tours à la minute. On voit aisément que le mé- canisme des balais pourrait être entrainé à toute vitesse sous-multiple de la fréquence d'alimentation, le nombre des .segments du collecteur augmentant en proportion. Avec l'appareil convertisseur établi suivant la pré cédente description, il est possible de trans former, par commutation sans production d'étincelles, un courant triphasé en courant continu.
Dans le cas d'un appareil conver tisseur de grande capacité, la self-induction de chaque bobine de l'enroulement, de quelque nombre de bobines que l'enroulement se com pose, peut encore être trop élevée pour- la commutation sans étincelles. Dans ce cas, on petit employer plusieurs enroulements similaires monté, en parallèle sur le même noyau, l'enroulement étant alors analogue aux bobinages d'induit multiples à enroule ment, indépendants. Ou bien encore,
les deux enroulements peuvent être connectés succes- sivement pour former une boucle saris fin unique, analogue aux bobinages d'induit mul tiples<B>ii,</B> enroulement unique,, dont les points équipotentiels seront de préférence connectés en parallèle.
Pour transformer du courant triphasé cri courant continu et vice-versa, on petit em ployer soit un appareil avec des bornes à courant triphasé connectées directement à des endroits appropriés de l'enroulement divisé en bobines comme susdit, soit un appareil dont les noyaux portent en outre des en roulements ordinaires de transformateur à courant alternatif comme dans le cas du dessin.
Au cas oir l'appareil comporte des bornes à courant. alternatif connectées directe ment, les voltages alternatif et continu ont un rapport ,fixe, comme dans un transforma teur rotatif ordinaire; taudis que dans le cas où l'appareil comprend un enroulement de transformateur à courant alternatif, on petit transformer en même temps à volonté le voltage. Le courant pour le moteur synchrone petit être fourni soit directement par le cir cuit à. courant triphasé, soit par un branche ment de l'enroulement de conversion.
On petit obtenir des changements de fré quence, par exemple, en employant deux ap pareils convertisseurs avec bornes à courant triphasé, avec<B>oui</B> saris enroulements ordinaires de transformateur à courant alternatif.
Une des unités de conversion reçoit alors le courant triphasé primaire et. donne du courant continu, tandis que la seconde unité de conversion revoit du courant continu de la première et donne du courant triphasé secondaire. En d'autres termes, la première unité fonctionne comme commutatrice et la seconde comme commutatrice inversée. Pour des rapports simples des fréquences les deux séries de balai, peuvent être établies pour fonctionner à la même vitesse et être en traînées par le même moteur.
On peut aussi, pour les changements de fréquence, , employer un seul appareil con vertisseur, soit avec des bornes à courant tri phasé connectées directement, soit avec un enroulement transformateur commun, absolu ment comme pour la transformation du cou rant alternatif en courant continu. Dans ce but, il suffit simplement de faire tourner les balais hors de synchronisme. Le courant pro duit peut avoir un nombre de phases quel conque: le nombre des séries de balais peut être porté à trois fois le nombre de paires de pôles pour obtenir du courant triphasé, ou à quatre fois pour obtenir du courant biphasé.
Pour la transformation de courants con tinus, or) peut employer deux appareils con vertisseurs avec un transformateur pour cou rant triphasé irrter-calé entre eux. L'un de ceux-ci reçoit le courant continu primaire qui, après soir passage par le collecteur, est transformé en courant triphasé. Le voltage de ce courant triphasé est transformé par le transformateur et le courant triphasé secon daire est converti, par l'autre appareil con vertisseur, en courant continu secondaire.
Le premier corrvertisseurfonctionne comme comnrrr- tatriceinversée et le second comme commuta- trice. Les deux collecteurs peuvent être du même nombre de pôles et les deux sériés de balais peuvent être entraînées par le même moteur.
Le convertisseur petit servir, par exemple, aussi pour l'autoexcitation d'un alternateur triphasé, car cet appareil peut fournir le cou rant continu pour la bobine de champ, tandis qu'il reçoit du courant triphasé (le l'enroule ment principal de l'alternateur. IL est évident que, dans ce cas, le mécanisme des balais rotatifs petit être entraîné par l'arbre de l'alternateur.