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REGLAGE DE LA TENSION d'UN REDRESSEUR A VAPEUR DE MERCURE EN FONCTION DE CER- -TAINES DIFFERENCES DE VITESSES OU DE FREQUENCES.
La présente invention se rapporte à la commande individuelle de machines parmi lesquelles un certain nombre, alimentées en courant continu par des redresseurs à vapeur de mercure, doivent fonctionner à une vitesse détermi- née par rapport à d'autres alimentées en courant alternatif. Un tel problème se présente, par exemple, dans les laminoirs où un certain nombre de cylindres sont alimentés par du courant alternatif et d'autres par du courant continu, de manière à tirer parti des avantages particuliers de chacun de ces types de mo- teurs ; le courant continu étant obtenu au moyen de redresseur à vapeur de mer- cure alimenté par la même source de courant alternatif que celle qui alimente les moteurs à courant alternatif ou par toute autre source.
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Dans cette industrie, citée à titre d'exemple, il est désirable
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que les vitesses de tous ces moteurs restent dans un rapport partiquement cons- tant pour assurer la continuité 4es opérations de lanimage* Or, la vitesse de rotation des moteurs à courant alternatif est fonction principalement de la fréquence de ce courant alors que la vitesse de rotation des moteurs à courant continu est fonction principalement de la tension du courant.
Il en résulte que, lorsque la fréquence du courant alternatif subit des variations dues aux varia- tions du couple résistant de la génératrice à courant alternatif ou à toute autre cause, les vitesses des moteurs à courant alternatif varient alrs que la vitesse des moteurs à courant continu reste constante pour autant que la tension continue reste constante. Par contre, si la tension alternative continue subit des variations sans que la fréquence du courant alternatif ne soit modifiée, la vitesse des moteurs à courant continu est modifiée par rapport à celle des moteurs à courant alternatif.
La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient et a pour objet un système perfectionné de réglage de la tension redressée de manière à garder un rapport sensiblement constant entre les vitesses des moteurs à courant continu et alternatif.
On sait qu'il est possible de régler la tension d'un redresseur à vapeur de mercure à arc entretenu en plaqant au voisinage de chaque anode un corps conducteur appelé grille auquel on applique une différence de potentiel variable décalée dans le temps par rapport au potentiel de l'anode de manière à empêcher l'arc de se former pendant une fraction déterminée de la demi-période pendant laquelle l'anode est positive,
Le décalage peut être réglé pour que l'arc, à une anode quelcon- que, ne reste allumé, pendant chaque période, qu'entre deux instants déterminés à volonté, et il est possible, de ce fait, de faire varier, d'une manière pro- gressive, l'intensité du courant débité par chaque anode et, par conséquent, la tension du courant redressé.
Le décalage variable entre le potentiel des anodes et le potentiel des grilles provoquant l'allumage de l'arc correspondant, peut être obtenu par tout moyen approprié et notamment à l'aide d'enroulements convenablement dispo- sés dans un champ tournant polyphasé ou à l'aide de résistances, de selfs, de capacités, suivant des montages bien connus de réglage de tension.
Ce procédé fait l'objet du brevet belge n 314.873 du 18 décembre 1923 - TOULON - cédé à la demanderesse.
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Conformément à la présente invention, il est fait application au contrôle de la vitesse des moteurs, de ce procédé de réglage de la tension des redresseurs à vapeur de mercure, ou de tout autre procédé équivalent, soit en agissant électriquement sur des résistances, selfs ou capacités montées suivant des procédés connus ou nouveau pour fournir aux grilles les vantions de potentiel convenables au réglage de la tension, soit en agissant mécanique- ment sur la disposition d'enroulements placés dans un champ tournant polyphasé ou sur n'importe quel organe mobile ayant la même fonction technique, destiné à fournir aux grilles les variations de potentiel convenable au réglage de la tension du redresseur.
On comprendra mieux l'invention en se référant à la description suivante ainsi qu'aux dessins ci-annexés sur lesquels t
La fig.1 représente un système de moteurs à courant'alternatif et à courant continu avec redresseur muni d'un dispositif de réglage de la tension actionné par différentiel mécanique;
La fig.2 représente un même système dans lequel le réglage de la tension est obtenu par l'action.mécanique d'un différentiel électrique;
La fig.3 représente un système de moteurs à courant alternatif et à courant continu avec redresseur muni d'un dispositif de réglage de la tension obtenu par l'action d'un courant oontinu proportionnel à la différence de vi- tesse des moteurs à courant continu et alternatif sur la saturation d'un cir- cuit .magnétique ;
.La fig.4 représente un dispositif capable de donner une tension continue uniquement proportionnelle à la fréquence d'un courant alternatif quelle que soit la tension de ce dernier;
La fig.5 représente les courbes de magnétisation du transforma- teur représenté à la fig,4; La fig.6 représente un générateur d'impulsions dont la phase peut être modifiée d'une manière continue par l'action d'un courant continu dont l'intensité croit progressivement.
La fig,7 représente,en fonction du temps,les courbes des flux et des tensions induites dans le générateur d'impulsions représenté fig.6. b En se référant à la première figure, 1 représente une source de @ courant alternatif alimentant soit directement, soit indirectement par l'in- termédiaire de transformateurs 2, les moteurs à courant alternatif 3.
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4 représente un (ou plusieurs) redresseur à vapeur de mercure dont une anode 5 et la grille correspondante 6 ont été représentées.
Ce redresseur est alimenté par la source 1 ou par n'importe quelle autre source de courant alternatif, soit directement, soit indirecte- ment par l'intermédiaire du transformateur 7.
Ce redresseur alimente les moteurs à courant continu 8 dont les vitesses de rotation doivent être maintenues dans un rapport constant de vi- tesses avec les moteurs à courant alternatif 3.
Le réseau alternatif entraîne un moteur 73 de caractéristiques semblables à celles des moteurs 3. La vitesse de rotation de ce moteur 73 est donc sensiblement proportionnelle à la fréquence du réseau alternatif.
Le réseau continu entraîne un moteur 78 de caractéristiques sem- blablos à celles dos moteurs 8. La vitesse de rotation de cedmoteur est donc sensiblement proportionnelle à la tension du réseau continu.
Ces deux moteurs actionnent un mouvement différentiel 79.
Les roues planétaires 80 de ce différentiel sont entraînées dans un mouvement tournant proportionnel à la différence de vitesses des moteurs 73 nt 78.
Ce mouvement, par l'intermédiaire d'une vis sans fin ou d'un système de liaison mécanique quelconque, agit sur le dispositif déphaseur 11 de la tension d'alimentation du redresseur, soit directement, soit indirecte- ment par l'aotion de contacts électriques et d'un servo-moteur.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant Lorsque la fréquence du réseau 1 varie et que la vitesse des moteurs 3 a ten- dance à se modifier par rapport à la vitesse des moteurs 8, cette variation de fréquence produit une différence entre les vitesses de rotation des moteurs 73 et 78 provoquant une rotation de la vis sans fin qui, par l'action du dis- positif déphaseur 11, réajuste la tension redressée* de manière à maintenir constant le rapport des vitesses des moteurs à courant continu et alternatif.
De même, une variation de tension d'alimentation du moteur à courant continu 8 provoque une rotation de la vis sans fin qui, par l'action du dispositif déphaseur 11, réajuste la tension redressée de manière à main- tenir constant le rapport des vitesses des moteurs à courant continu et alter- natif.
Le mouvement différentiel mécanique peut utilement être remplacé
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par un différentiel électrique tel que représenté fig.2. Dans ce cas, le ro- tor 90 d'une machine est entraîné par le moteur auxiliaire à courant continu 78 à une vitesse proportionnelle à la tension continue, Ce rotor est bobiné et alimenté par le réseau alternatif de telle manière qu'il s'y produise un champ tournant et que le sens de rotation de ce champ soit contraire à celui de l'en- traînement du rotor. Ce rotor présente% donc, en fonctionnement, un champ tournant dans l'espace à une vitesse proportionnelle à la différence des vi- tesses des moteurs à courant alternatifw3 et des moteurs à courant continu 8.
Ce champ tournant entralne des pôles inducteurs 91, qui, par l'in- termédiaire d'une vis sans fin ou de n'importe quel autre système de liaison mécanique, agit sur le dispositif déphaseur de la tension d'alimentation du redresseur il* Un tel dispositif fonctionne comme il a été expliqué précé- demment.
Le réglage de la vitesse des moteurs 8 par rapport à celle des moteurs 3 est obtenu en agissant sur le rhéostat de champ du moteur pilote 78, lequel ajustera la tension du redresseur pour donner le rapport des vitesses désiré.
En se référant à la fig.3, 1 représente une source de courant alternatif alimentant soit directement, soit indirectement par l'intermédiaire de transformateurs 2, les moteurs à courant alternatif 3. 4 représente un (ou plusieurs) redresseur à vapeur de mercure polyphasé dont une anode 5 et une grille 6 ont été représentées. Ce redresseur est alimenté par la source 1 ou par une autre source à courant alternatif, soit directement, soit par l'in- termédiaire du transformateur 7. Ce redresseur alimente des moteurs à courant continu 8 dont les vitesses de rotation doivent être maintenues en rapport constant avec .les vitesses des moteurs à courant alternatif 3.
18 représente un dispositif fournissant entre les points 9 et 10 une tension continue uniquement proportionnelle à la fréquence du courant alternatif. Un tel dispositif peut être constitué par une génératrice à cou- rant continu à excitation constante entraînée par un moteur à courant alterna- tif alimenté par la source 1. Il peut être également constitué tel que repré- senté fig.4.
11 représente un dispositif déphaseur, éventuellement réglable, de la tension alternative d'alimentation du redresseur tel un régulateur d'in- @ duotion par exemple et 12 représente un générateur d'impulsions-dont la phase
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peut être modifiée d'une manière continue par l'action d'un courant continu sur la bobine 13. Un tel générateur est représenté, à titre d'exemple, sur la fig.6.
14 est une résistance potentiométrique montée aux bornes à cou- rant continu du redresseur dont une partie 15-16 est montée en opposition avec les bornes à courant continu 9-10 du dispositif 18 à travers la bobine 13 du générateur d'impulsions 12 de telle manière que, pour un réglage convenable de
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let vitnne don motourn 3 et 0, aucun courant ne travercro la bobine 115.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant : Lorsque la fréquence du réseau 1 augmente et que la vitesse des moteurs 3 a tendance à augmenter par rapport à la vitesse des moteurs 8, la tension conti- nue aux bornes 9-10 du dispositif 18 augmente et dépasse la tension aux bornes de la partie 15-16 du potentiomètre 14. Il en résulte un courant dans le sens de la flèche dans l'enroulement 13 ayan pour effet de varier le déphasage des tensions de grille 6 et d'augmenter la tension du redresseur 4 jusqu'à ce que l'équilibre se rétablisse.
Les'moteurs 8 augmentent en conséquence de vitesse et.le même rapport de vitesses est maintenu entre les moteurs 3 et 8.
Le fonctionnement du dispositif sera inversé si la fréquence du réseau 1 diminue.
Si la tension de la source 1 vient à augmenter et tend à provo- quer une augmentation de la vitesse des moteurs 8 par rapport à celle des moteurs 3, l'équilibre entre les tensions 15-16 et 9-10 est rompu et il en résulte un courant dans la bobine 13 en sens inverse de la flèche. Ce courant a pour effet de déphaser les tensions des grilles 6, de diminuer la tension du redresseur 4 et de rétablir le même rapport entre les vitesses des moteurs 3 et 8.
Le fonctionnement du dispositif est inversé lorsque la tension de la source 1 vient à diminuer.
Le réglage de la vitesse des moteurs 8 par rapport. à celle des moteurs 3 est obtenu en déplaçant le curseur de la résistance potentiométrique 14, lequel provoquera un courant dans la bobine 13 et ajustera la tension du redresseur pour donner le rapport des vitesses déniré.
La fi.4 représente un dispositif conforme à l'invention fournis- sant une tension ou un courant continu d'intensité moyenne uniquement proportion- nel à la fréquence mais indépendant de la tension d'alimentation.
Sur cette figure, 20 représente un transformateur dont les cir-
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-cuits magnétiques comportent trois branches. Sur la branche 21 non saturée pour les tensions utilisées, est enroulé une bobinage 19 alimenté par la source à courant alternatif 1. La branche 22 est réalisée en matériau magnétique de dimen- sions telles que la saturation soit rapidement obtenue pour les tensions utili- sées. La branche 23 possède une réluctance magnétique voisine de celle de l'air.
Sur les branches 22 et 23 sont montées deux bobines 24 et 25 électriquement sem- blables, en série et en opposition dans un circuit comportant un système redres- seur 35 et une résistance 26.
La courbe de magnétisation de la branche 22 du transformateur est représentée,sur la figure 5, par la ligne 27. Cette courbe présente un point de saturation 28 en de-cà duquel la perméabilité du matériau est élevée et au-delà duquel la perméabilité est voisine de l'unité. Le permalloy et d'autres métaux de composition similaire présentent une telle courbe caractéristique.
La ligne 29 représente, à la même échelle, la courbe de'magnéti- sation de la branche 23 du transformateur en matériau non magnétique,
Pour des tensions d'alimentation de la bobine 19 supérieures à celle qui entraîne la saturation du noyau 22, les accroissements de flux dans les bobines 24 et 25 se neutralisent et le flux maximum résultant N a, de ce fait, une valeur constante indépendante de la tension.
La force électromotrice instantanée induite "e" dans les bobines 24 et 25 est donc;à un facteur constant près, de la forme ..
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o!.J1f = e = .. Y(, ci-/:- i étant le courant instantané dans le circuit 24-25-26 de résistance R,
Dune un quarb de période du champ alternatif croissant de zéro à sa valeur absolue maximum (ou vice versa), la quantité d'électricité induite dans le circuit 24-25-26 est donnée par l'intégration
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,/y J.
e- Ilé7- o o H = Jo - olt- d'où #Q 'fi "é - 111
La quantité d'électricité induite dans le circuit par période est donc quatre fois plus grande et, si la tension alternative d'alimentation du transformateur présente une fréquence f, la quantité d'électricité induite dans le circuit 24-25-26 en une seconde, c'est-à-dire l'intensité moyenne du courent induit égale
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/q soit zal
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proportionnel à la fréquence f et indépendant de la tension V.
La fig.6 représente un générateur d'impulsions dont la phase peut être modifiée d'une manière oontinue par l'aotion d'un oournnt continu variant d'une façon progressive.
Cette figure représente un transformateur dont le circuit magné- tique feuilleté comporte un noyau 41 non saturé aux tensions d'alimentations e une branche 42 réalisée en matériau magnétique de dimensions telle que la sa- turation soit rapidement obtenue pour les tensions utilisées. Le circuit magné- tique peut en outre comporter des shunts magnétiques 43 et 44.
Sur le noyau 41 est bobiné l'enroulement primaire 45 d'un trans- formateur alimenté sous une tension alternative,
Sur le même noyau 41 se trouve un second bobinage 46 soumis à l'action d'un courant continu.
Sur la branche 42 est bobiné l'enroulement secondaire 47 du trans- formateur.
La Fig.7 représente les courbes en fonction du temps des flux et des tensions induites dans le générateur d'impulsions. Soit 50 la courbe de la tension alternative d'alimentation du transformateur; 51 le flux dans la bobine primaire; 53 le flux dans la bobine secondaire du transformateur quand la bobine 46 n'est le siège d'aucun courant continu.
A ce flux correspondent des impulsions 55 pouvant servir à l'allu- mage d'un arc dans le redresseur.
Dans le cas où l'on envoie un courant continu dans la bobine 46, ce dernier modifie, par sa composante continue, le flux primaire qui, de ce fait, prend l'allure représentée par la courbe 57.
58 représente le flux dans la bobine secondaire , 47 et 59 les impulsions de tension en résultant.
On voit que ces impulsions 47 et 59 sont décalées (déportées dans le temps) par rapport aux impulsions 55, en avance ou en retard suivant le sens du courant continu, et d'une manière progressive avec l'intensité du courant continu.
Bien que l'on ait décrit quelques formes particulières de l'in- vention, il est évident que l'on pourra, sans sortir du cadre de celle-ci, modi- fier ou combiner les différentes organes décrits tout en laissant à ceux-ci la même fonction technique.