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La présenta invention se rapporte à un système d'alimentation en courant électrique auto-équilibré, comportant une sortie monophasée excitée par une source polyphasée.
Les essais effectués jusqu'ici pour obtenir une sortie monophasée à une fréquence représentant un multiple de la fréquence d'alimentation à partir d'u- ne source polyphasée telle qu'une source triphasée n ont pas donné satisfaction par suite de la correction notable du facteur de puissance qui était alors néces- saire.Ainsi, par exemple, un enroulement de sortie unique porté par la branche commune d'un noyau en Y à trois phases portant trois enroulements primaires sur des branches séparées conjuguées à cette branche commune, provoque la réflexion d'harmoniques en direction de la source excitant les enroulements primaires.
Compte tenu de ce qui précède, l'un des buts principaux de l'invention est de permettre la réalisation d'un système d'alimentation étudié de manière à pouvoir alimenter des fours à chauffage par induction ou des dispositifs analo- gues correspondant à une charge élevée, avec un facteur de puissance d'entrée du système très voisin de l'unité, et dans lequel les harmoniques présentes dans la sortie ne sont pas réfléchies vers la source, tandis que le courant de charge effectif est distribué symétriquement sur la source, c'est-à-dire est auto-équili- bré.
Un autre but de l'invention est de permettre la réalisation d'un sys- tème d'alimentation effectivement auto-équilibré du type précitée capable de con- vertir une alimentation triphasée à soixante périodes ou à une fréquence analogue en une sortie monophasée à une fréquence plus élevée, le courant de sortie ayant une teneur relativement élevée en harmoniques.
Un autre but encore de l'invention est de permettre la réalisation d'un système d'alimentation utilisable pour le chauffage par induction, étudié de manière à convertir une alimentation polyphasée à une fréquence déterminée en un courant de sortie monophasé à une fréquence plus élevée, avec un facteur de puissance satisfaisant.
L'invention est matérialisée dans un système d'alimentation étudié de manière à fournir un courant électrique de sortie monophasé riche en harmoni- ques, pouvant être excité par une source de courant polyphasé à un fréquence pré- déterminée, ce système comportant, en combinaison, une inductance non linéaire pour chaque phase de cette source, pouvant être excitée par cette dernière, une ré- actance linéaire pour chaque inductance non linéaire, disposée entre cette der- nière et la phase correspondante de cette source, et servant à, isoler cette der- nière des composantes harmoniques de cette fréquences réfléchies par les induc- tances non linéaires,
ces réactances linéaires étant étudiées de manière à en- gendrer des tensions non sinusoïdales entre lesdites réactances linéaires et les inductances non linéaires, des organes prévus entre ces réactances linéaires et ces inductances non linéaires, afin de fournir un courant non sinusoïdal à ces inductances non linéaires, pour exciter ces dernières, et un enroulement de sor- tie monophasé pour les inductances non linéaires, couplé magnétiquement à ces dernières afin de fournir un courant monophasé à haute fréquence, distribué symé- triquement par rapport à cette source
D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, et.
sur lesquels @
La fig. 1 est un schéma électrique d'un système d'alimentation préfé- rentiel capable de convertir une alimentation polyphasée en un courant de sortie monophasé à haute fréquence pouvant servir au chauffage par inductiono
La fige 2 montre une variante du système représenté sur la fige 1, présentant une caractéristique de régulation de tension. '
La fige 3 est une représentation schématique d'une forme préférentiel- le de noyau utilisable dans le système d'alimentation suivant l'invention.
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On a représenté sur la fig. 1 un mode de réalisation possible du sys- tème suivant l'invention. Une source polyphasée telle qu'une source triphasée con'- nectée aux bornes 10, 11 et 12 excite des inductances variant en fonction du cou- rant, c'est-à-dire des inductances non linéaires 13, 14 et 15, connectées en étoi- le à un point 16. Les inductances variant en fonction du courant sont séparées des bornes 10, 11 et 12 de la source par des réactances linéaires 17, 18 et 19, qui peuvent se présenter sous la forme d'inductances telles que des bobines de choc présentant un entrefer (non représenté) et des enroulements 17a, 18a et 19a, ces derniers servant à connecter les inductances variant en fonction du courant à la source,
et également à isoler celle-ci des harmoniques réfléchies par les inductances non linéaires. Des condensateurs 20, 21 et 22 sont montés de manière à être alimentés avec une tension non sinusoïdale engendrée phase pour phase en- tre les inductances linéaires et les inductances variant en fonction du courant ou non linéaires.
Les réactances 17, 18 et 19 peuvent être conjuguées à des condensa- teurs 23, 24 et 25 montés en parallèle, afin de constituer un circuit de résonan- ce en parallèle d'un fréquence choisie, de l'ordre de la cinquième à la septième harmonique.
Chacun des noyaux des réactances 17, 18 et 19 et des inductances 13, 14 et 15, désigné par "b", est en une matière magnétique telle que de la tôle de fer. Bien que les noyaux soient représentés ici schématiquement, on comprendra que n'importe quel noyau en forme de E, en forme de C, ou d'une autre forme usuel- le convient à une utilisation suivant l'invention. Chacun des ces noyaux porte un enroulement et est étudié, dans le cas des noyaux 17b, 18b et 19b, afin de consti- tuer une réactance linéaire pour le courant d'alimentation. La linéarité est obte- nue de préférence grâce à la présence d'un entrefer dans le circuit magnétique de chaque noyau. Cette technique préférentielle est déjà connue.
Suivant cette technique, les dimensions de l'entrefer requis sont fonction de la gamme de cou- rants couverte par les réactances linéaires, désignées ici également par l'expres- sion "inductances linéaires".
Les noyaux..13, 14 et 15 sont étudiés de manière à fonctionner dans la partie non linéaire de leur courbe de saturation magnétique. Un fonctionnement dans cette zone exige des courants de magnétisation élevés, formés par la cinquième harmonique et par les harmoniques plus élevées de la fréquence fondamentale, four- nies par les condensateurs 20, 21 et 22. Les matières utilisées habituellement pour former les noyaux exigent la présence d'un pourcentage élevé de courant à la cinquième harmonique dans la gamme fournissant une densité de flux élevé. Les condensateurs fournissent au noyau un courant de magnétisation à la fréquence fondamentale et à la cinquième harmonique.
Les enroulements de sortie monophasés 26, 27 et 28 sont montés électriquement en série, de manière à constituer en fait un seul enroulement de sortie, pour obtenir un courant de sortie monophasé, et ils sont couplés magnétiquement aux enroulements conjugués 13. 14 et 15, servant d'inductances non linéaires, par les noyajux 13b, 14b et 15b.
On a représenté sur la fig. 2 une variante du système que montre la fig. l, sur laquelle une régulation de tension est obtenue par l'utilisation d' une bobine de réactance variable 29, montée en parallèle avec le condensateur 30, ce dernier pouvant être monté lui-même en parallèle avec un autre conden- sateur 31, commandé par un interrupteur manuel 32, afin d'effectuer la correction du facteur de puissance.
On a représenté sur la fig. 3 une forme préférentielle à donner au noyau 48. Les cinq branches de ce noyau, désignées par les références 1 à 5, portent les enroulements 13, 14 et 15 formant les inductances non linéaires, qui sont distribués sur les branches 2, 3 et 4 ou sur les branches 1, 3 et 5. Les deux branches restantes du noyau, qui ne portent pas d'enroulement primaire, con- stituent des conducteurs pour un flux à harmoniques élevées. En conséquence, on peut obtenir aisément un courant de sortie monophasé en plaçant un enroulement monophasé (non représenté) sur l'une au moins des deux branches restantes, ou sur
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ces deux branches.
On indiquera que les réactances linéaires 17, 18 et 19, bien que se présentant sous la forme d'inductances linéaires ayant une valeur prédéterminée, peuvent être remplacées par des bobines de réactance saturables de type usuel.
Habituellement, on considère qu'une bobine de réactance saturable forme une réac- tance non linéaire,étant donné la nature non linéaire de la matière utilisée pour former son noyau. Il est importante pour la mise en oeuvre de l'invention, de bien comprendre la nature exacte d'une bobine de réactance saturable au point de vue fonctionnel.Une bobine de réactance saturable suivant l'invention consti- tue un dispositif à réactance linéaire en l'un des points de travail. En consé- quenoe, des bobines de réactance saturables peuvent remplacer les réactances liné- aires 17, 18 et 19 pour former effectivement des réactances linéaires réglables, de sorte qu'on peut commander le courant de sortie du système décrit ici pour 1' amener à des niveaux de travail pouvant être choisis en fonction des besoins.
Outre les avantages du système d'alimentation qui seront compris ai- sément par les techniciens spécialisés dans ce domaine, on voit que le facteur de puissance d'entrée du système d'alimentation suivant l'invention est très voi- sin de l'unité, c'est-à-dire qu'il dépasse 0,9. Ce résultat est atteint étant donné que le courant d'excitation des inductances non linéaires est obtenu à partir de condensateurs d'excitation chargés par la tension engendrée entre les inductances linéaires et non linéaires, ces tensions étant déformées de la même manière que le courant d'excitation des inductances non linéaires.
Les détails de réalisation peuvent être modifiés, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention.
REVENDICATIONS.
1. Système d'alimentation comportant une source de courant électrique polyphasé à une fréquence déterminée, étudié pour fournir un courant de sortie monophasé, comprenant, en combinaison, une inductance non linéaire pour chaque phase de cette source, pouvant être excitée par cette dernière, une réactance li- néaire pour chaque inductance non linéaire, disposée entre cette dernière et la phase correspondante de.cette source, et servant à isoler cette dernière des composantes harmoniques'de cette fréquence, réfléchies par ces inductances non linéaires, ces réaotances linéaires étant étudiées de manière à engendrer des tensions non sinusoïdales entre lesdites réactances linéaires et les inductances linéaires,
des éléments prévus entre ces réactances linéaires et ces inductances non linéaires pour appliquer un courant non sinusoïdal à ces inductances non linéaires, afin d'assurer leur excitation, un enroulement de sortie prévu pour chaque inductance non linéaire, couplé magnétiquement à celle-ci, et des éléments reliant les enroulements de sortie en série, de manière à obtenir un courant mo- nophasé à haute fréquence distribué symétriquement par rapport à cette source.
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The present invention relates to a self-balancing electric current supply system, comprising a single-phase output excited by a polyphase source.
Attempts to date to obtain a single-phase output at a frequency representing a multiple of the supply frequency from a polyphase source such as a three-phase source have not been satisfactory due to the significant correction of the factor which was then required. Thus, for example, a single output winding carried by the common branch of a three-phase Y-core carrying three primary windings on separate branches conjugated to this common branch, causes the reflection of harmonics in the direction of the source exciting the primary windings.
In view of the foregoing, one of the main aims of the invention is to allow the production of a supply system designed so as to be able to supply induction heating furnaces or similar devices corresponding to a power supply. high load, with a system input power factor very close to unity, and in which the harmonics present in the output are not reflected back to the source, while the effective load current is symmetrically distributed across the source , that is, is self-balancing.
Another object of the invention is to allow the realization of an effectively self-balancing power supply system of the aforementioned type capable of converting a three-phase power supply at sixty periods or at a similar frequency into a single-phase output at one. higher frequency, the output current having a relatively high harmonic content.
Yet another object of the invention is to enable the production of a power supply system usable for induction heating, designed so as to convert a polyphase power supply at a determined frequency into a single-phase output current at a higher frequency. , with a satisfactory power factor.
The invention is embodied in a power supply system studied so as to provide a single-phase output electric current rich in harmonics, which can be excited by a polyphase current source at a predetermined frequency, this system comprising, in combination , a nonlinear inductance for each phase of this source, which can be excited by the latter, a linear reactance for each nonlinear inductance, arranged between the latter and the corresponding phase of this source, and serving to isolate this last of the harmonic components of this frequency reflected by the nonlinear inductances,
these linear reactances being studied so as to generate non-sinusoidal voltages between said linear reactances and the non-linear inductors, members provided between these linear reactances and these non-linear inductors, in order to supply a non-sinusoidal current to these non-linear inductors , to excite the latter, and a single-phase output winding for the non-linear inductors, magnetically coupled to the latter in order to provide a single-phase current at high frequency, distributed symmetrically with respect to this source
Other objects and advantages of the invention will become apparent on reading the description which follows, given with reference to the accompanying drawings, given without limitation, and.
on which ones @
Fig. 1 is an electrical diagram of a preferred power system capable of converting a polyphase power supply to a high frequency single phase output current suitable for induction heating.
Figure 2 shows a variant of the system shown in figure 1, exhibiting a voltage regulation characteristic. '
Figure 3 is a schematic representation of a preferred form of core usable in the supply system according to the invention.
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There is shown in FIG. 1 a possible embodiment of the system according to the invention. A polyphase source such as a three-phase source connected to terminals 10, 11 and 12 excites current-varying inductors, i.e. non-linear inductors 13, 14 and 15, connected in star at a point 16. The inductors varying as a function of the current are separated from the terminals 10, 11 and 12 of the source by linear reactors 17, 18 and 19, which can be in the form of inductors such as shock coils having an air gap (not shown) and windings 17a, 18a and 19a, the latter serving to connect the inductors varying according to the current at the source,
and also to isolate the latter from the harmonics reflected by the non-linear inductors. Capacitors 20, 21 and 22 are mounted so as to be supplied with a non-sinusoidal voltage generated phase to phase between the linear inductors and the current varying or non-linear inductors.
Reactors 17, 18 and 19 can be combined with capacitors 23, 24 and 25 connected in parallel, in order to constitute a resonant circuit in parallel of a chosen frequency, of the order of the fifth to the last. seventh harmonic.
Each of the cores of reactors 17, 18 and 19 and of inductors 13, 14 and 15, designated by "b", is made of a magnetic material such as sheet iron. Although the cores are shown here schematically, it will be understood that any E-shaped, C-shaped, or other conventional shape is suitable for use according to the invention. Each of these cores carries a coil and is designed, in the case of cores 17b, 18b, and 19b, to provide a linear reactance for the feed stream. Linearity is preferably obtained by virtue of the presence of an air gap in the magnetic circuit of each core. This preferred technique is already known.
According to this technique, the dimensions of the air gap required are a function of the range of currents covered by the linear reactors, also referred to herein as "linear inductors".
Nuclei..13, 14 and 15 are designed to operate in the nonlinear part of their magnetic saturation curve. Operation in this zone requires high magnetizing currents, formed by the fifth harmonic and the higher harmonics of the fundamental frequency, supplied by capacitors 20, 21 and 22. The materials commonly used to form the cores require the presence of a high percentage of current at the fifth harmonic in the range providing a high flux density. Capacitors provide the core with a magnetizing current at the fundamental frequency and at the fifth harmonic.
The single-phase output windings 26, 27 and 28 are electrically connected in series, so as to constitute in fact a single output winding, to obtain a single-phase output current, and they are magnetically coupled to the conjugate windings 13, 14 and 15, serving as nonlinear inductors, by the nuclei 13b, 14b and 15b.
There is shown in FIG. 2 a variant of the system shown in FIG. 1, on which a voltage regulation is obtained by the use of a variable reactance coil 29, mounted in parallel with the capacitor 30, the latter being able itself to be mounted in parallel with another capacitor 31, controlled by a manual switch 32, in order to perform the correction of the power factor.
There is shown in FIG. 3 a preferred shape to be given to the core 48. The five branches of this core, designated by the references 1 to 5, carry the windings 13, 14 and 15 forming the nonlinear inductors, which are distributed on the branches 2, 3 and 4 or on branches 1, 3 and 5. The two remaining branches of the core, which do not carry a primary winding, constitute conductors for a flux with high harmonics. As a result, a single-phase output current can easily be obtained by placing a single-phase winding (not shown) on at least one of the two remaining branches, or on
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these two branches.
It will be pointed out that the linear reactors 17, 18 and 19, although in the form of linear inductors having a predetermined value, can be replaced by saturable reactance coils of the usual type.
Usually, a saturable reactance coil is considered to form a nonlinear reactance, due to the nonlinear nature of the material used to form its core. It is important for the implementation of the invention to understand the exact nature of a functionally saturable reactance coil. A saturable reactance coil according to the invention constitutes a linear reactance device in one of the working points. Therefore, saturable reactors can replace linear reactors 17, 18 and 19 to effectively form adjustable linear reactors, so that the output current of the system described herein can be controlled to bring it up to working levels that can be chosen according to needs.
In addition to the advantages of the power supply system which will be readily understood by technicians specialized in this field, it is seen that the input power factor of the power supply system according to the invention is very close to unity. , that is, it exceeds 0.9. This result is achieved since the excitation current of the nonlinear inductors is obtained from excitation capacitors charged by the voltage generated between the linear and nonlinear inductors, these voltages being distorted in the same way as the current of excitation of nonlinear inductors.
The details of realization can be modified, in the field of technical equivalences, without departing from the invention.
CLAIMS.
1. Power supply system comprising a source of polyphase electric current at a determined frequency, designed to provide a single-phase output current, comprising, in combination, a non-linear inductance for each phase of this source, which can be excited by the latter, a linear reactance for each nonlinear inductance, arranged between the latter and the corresponding phase of this source, and serving to isolate the latter from the harmonic components of this frequency, reflected by these nonlinear inductors, these linear reactances being studied so as to generate non-sinusoidal voltages between said linear reactors and the linear inductors,
elements provided between these linear reactors and these nonlinear inductors to apply a non-sinusoidal current to these nonlinear inductors, in order to ensure their excitation, an output winding provided for each nonlinear inductor, magnetically coupled thereto, and elements connecting the output windings in series, so as to obtain a single-phase high-frequency current distributed symmetrically with respect to this source.