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DISPOSITIFS REDRESSEURS DE COURANT
STATIQUES ET REVERSIBLES.
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 dernières à réaliser un ensemble permettant d'absorber de la puissance sur un réseau à courant continu, et de débi- ter cette puissance, diminuée des pertes, sur un réseau à courant alternatif, par l'intermédiaire d'un transformateur connecté aux anodes du redresseur considéré.
La figure 1 représenté le schéma de principe d' un tel ensemble, fonctionnant sur les deux alternances d'
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un réseau monophasé : il se compose d'un transformateur 1, dont l'un des enroulements possède une prise médiane, réu- nie au pôle positif du réseau à courant continu, tandis que les extrémités de cet enroulement sont connectées aux ano- des 3 et 5 du redresseur 2. L'autre enroulement du trans- formateur 1 est réuni au réseau à courant alternatif 8. On 'voit que, si les grilles 4 et 6 n'existaient pas, on aurait 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 qutà l'aide des grilles, on peut faire en sorte que l'anode 3, par exemple, ne puis- se débiter que lorsque la force électromotrice qu'elle peut transmettre du réseau à courant continu à 1'enroule- ment correspondant 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'au- tre se fait par un réglage convenable des phases des ten- sions appliquées aux grilles 4 et 6. Cedispositif permet .donc, par l'intermédiaire d'un redresseur polyanodique à électrodes de contrôle, de réaliser le transfert de la puis- sance dtun réseau à courant continu à un réseau à courant alternatif.
Supposons qu'on dispose d'un redresseur de cou- rant à fonctionnement direct, transformant le courant al- ternatif en courant continu, et qu'on se propose de le rendra 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 doivent posséder deux transformateurs indépendants our permettre d'attein-
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dre le but proposé., en effet, supposons qu'il en soit autrement et que les redresseurs soient tous deux poly- anodiques :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.
La présente invention a pour objet un mode de couplage permettant d'utiliser un même transformateur à l'alimentation du redresseur direct et au débit du redresseur inversé ; elle consiste à associer, par exemple, à un re- dresseur direct polyanodique un redresseur inversé poly- cathodique; celui-ci est constitué par un ensemble de ré- cipients renfermant chacun une cathode, une anode et une grille de contrôle, toutes les anodes étant connectées en- tre elles. On pourrait de même, selon la présente inven... tion, associer à un redresseur direct polycathodique, un redresseur inversé polyanodique.
Les figures 2 à 7 feront mieux comprendre le principe de l'invention. En se référant à la figure 2, on voit un transformateur triphasé 9, dont l'enroulement pri- maire est réuni au réseau à oourant alternatif 10, L'en- roulement secondaire alimente, d'une part, un redresseur trianodique 11, débitant à la manière normale sur les bar- res à courant continu. D'autre part, les trois bornes de phase 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'intermé- diaire d'une forte bobine d'inductance 18. Le fonctionne- ment de l'ensemble des trois récipients 12,13 et 14 en re..
@ dresseur inversé s'explique comme nuit, en se référant à la figure 3.
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Les courbes pointillées 19, 20 et 21 représen- tent les forces électromotrices induites dans les phases secondaires du transformateur alimentant respectivement les cathodes 12, 13 et 14. Supposons le rôgime établi, et la cathode 12 en débit; celui-ci se fait suivant les flè- ches f indiquées sur la figure 2. La force contre-électro- motrice instantanée du redresseur inversé est représentée par la portion de courbe 22. Le courant rendu sensiblement constant par l'inductance 18, est représenté par la portion de courbe 23.
Si à l'aide de la grille contrôlant l'anode 16, on provoque l'allumage de celle-ci, à la phase wt. convena- ble, un courant s'établit alors suivant les flèches f', et se superpose au précédent, le courant débité par le réseau à courant continu demeurant constant grâceà 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 cathodes dure jusqu'à la phase wt, pour laquelle, la cathode 12 ayant cessé son débit, celui-ci se trouve transfert! sur la cathode 13. Pen- dant la période de débit simultané, la force contre-électro- motrice du redresseur inversé est représentée par la portion de courbe 26, obtenue en majorant de la chute de tension dans les arcs la moyenne arithmétique des tensions 19 et 20. Après transfert du débit sur la oathode 13, la força contre-électromotrice instantanée du redresseur inversé est représentée par la courbe 27, le courant étant toujours ren- du constant par l'inductance 18. L'angle d'empiétement, compris entre les phases wt. et wt, varie avec le courant continu absorbé, et croît avec lui.
Le calcul de la force contrel-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'ordon-
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née moyenne de la courbe 28) majorée d'une quantité pro- portionnelle au courant absorbé.
Pour que l'ensemble du montage de la figure 2 puisse fonctionner d'une manière satisfaisante, il faut que la force contre-électromotrice à vide du redresseur in- verse soit supérieure ou égale à la force électromotrice à vide du redresseur direct. Pour assurer la réalisation de cette condition on peut employer divers procédés.
1 . On peut utiliser sans modification le montage de la figure 2; si l'on veut alors que la force contre-élec- tromotrice à vide du redresseur inversé soit supérieure à la force électromotrice du redresseur direct, il est néces- saire d'avancer automatiquement la phase d'amorçage wt. 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 sensiblement égale-à la force électromotrice à vide du redresseur direct, majorée du double de la chute de tension dans l'arc; elle est donc sûrement supérieure.
Si l'on veut, au contraire, utiliser une phase d'amorçage constante, il est nécessaire d'utiliser d'au*- tres artifices, tels que les suivants:
2 . Un procédé évident consiste à placer dans le circuit de la bobine d'inductance 18 une force contre-élec- tromotrice s'ajoutant à celle du redresseur inverse et pouvant 'être constituée, soit par une batterie d'accumula- teurs, soit par une petite génératrice à courant continu.
3 . On peut encore, et ceci est préférable, sur- volter légèrement l'alimentation du redresseur inversé, à 1' aide d'un autotransformateur réalisant la condition cherchée.
@ La figure 4 montre une réalisation du montage en question,
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toujours en courant -triphasé :les notations sont les mê- mes qu'à la figure 2, sauf en cequi concerne 1'autotrans- formateur 30, dont le rapport de transformation doit être choisi de manière à réaliser la condition de supériorité de la force contre-électromotrice à vide du redresseur in-
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voraé sur la force 6leotrornotrioo vide du ro(lruJuear di- recto Il va sans dire que le même résultat peut encore ê- tre obtenu par l'emploi de prises supplémentaires sur le secondaire du transformateur 9, la tension la plus élevée étant utilisée à l'alimentation du redresseur inversé.
4 . Enfin, pour réaliser la condition cherchée, on peut munir le redresseur direct à son tour d'électrodes de contrôle, grilles ou gagnes, servant alors à retarder l'a- morçage de l'arc de manière à abaisser la force électro- motrice 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 réa- lisés en associant un redresseur polyanodique fonctionnant en direct avec un redresseur polycathodique fonctionnant en inversa. La figure 5 rnomtro la combinaison inverne, uti- lisée en monophasé : le redresseur direct est constitué par les deux redresseurs monoanodiques 31 et 32, et le re- dresseur inversé par le redresseur bianodique à grilles de contrôle 33. L'ensemble est alimenté par le transforma- teur 34, et une bobine d'inductance 35 assure la constance du courant absorbé par le redresseur inversé. Il va sans dire que les artifices mentionnés plus haut sont encore ap- plicables ici.
Le redresseur fonctionnant en direct et le redres- seur fonctionnant en inversé,, associés selon la présente in- vention, peuvent avoir des nombres de phases différents : considérons, par exemple, un redresseur direct hexaphasé
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utilisant le montage dit avec bobina d'absorption; il est possible d'employer seulement un redresseur inversé à trois phases, comme le montre la figure 6.
En se référant à cette figure, on voit que le re- dresseur direct à six anodes 36 est alimenté par l'ensemble des deux enroulements secondaires 37 et 38 d'un transforma- teur tri-hexaphasé dont l'enroulement primaire 39 est con- necté au réseau alternatif. Les deux points neutres sont réu- nis 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'autotransforinateur survolteur 44, et les anodes réunies entre elles et au pôle positif du réseau à courant continu, par l'intermédiaire de la bobine d'induc- tance 45.
Le fonctionnement du système est analogue au pré- cédent; on sait que le redresseur direct monté en hexaphasé avec bobine d'absorption présente une caractéristique de chute de tension ayant l'allure de la courbe 46 sur la figure 7 : la tension tombe d'abord très rapidement de la valeur Ucv correspondant à la marche à vide jusqu'à la valeur 0,866 Ucv, et ceci pour une valeur de la charge Ik connue sous le nom de charge critique; la caractéristique est ensui- te beaucoup moins inclinée, jusqu'au courant de pleine char- ge Ic.
La caractéristique externe du redresseur inversé est rectiligne, du genre de la courbe 47, deux fois plus in- clinée que la deuxième branche de courbe 46, et l'ordonnée à l'origine peut 'être réglée en agissant sur le rapport de transformation de 1'autotransformateur 44. On peut donc la régler de manière à absorber la plus grande partie de la surtension qui se produit sur le redre seur direct au
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dessous de la charge critique; un faible courant est alors débité en permanencepar le redresseur direct dans lere- dresseur inversé qui récupère la puissance correspondante.
L'inconvénient bien connu du redresseur hexaphasé avec bobine d'absorption disparaît donc, au prix de pertes sup- plémentaires minimes.
REVENDICATIONS
1 ) Procédéde réalisation de systèmes redresseurs de courant à vapeur de mercure ou autre gaz ionisa permet- tant le transfert de puissance d'un réseau à courant alter- natif à un réseau à courant continu, et réciproquement, fondu sur l'association sur un même transformateur, d'un redresseur polyanodique et d'un redresseur polycathodique l'un fonctionnant à la manière ordinaire, et l'autre en re- dresseur inversé par le moyen d'électrodes de contrôle de l'amorçage de l'arc; ces électrodes sont alimentées de ma- nière à avancer automatiquement la phase de l'amorçage au fur et à mesure de l'augmentation de charge.
2 ) Procédé d'association de redresseurs polyano-
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11.1quQ/! ot polyao.+'hoù1.'luof'! oommo au pnn.1.e;rnpho hxt,ac5rln,t, mais le redresseur fonctionnant en inversé étant alimenté par l'intermédiaire d'un autotransformateur survolteur, ou par une prise supplémentaire du transformateur principal, ou encore mis en série avec une force contre-électromotrice continue (batterie ou génératrice) l'alimentation des élec- trodes de contrôle étant alors faite à phase constante.
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