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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION sous le bénéfice de la Convention Internationale @ "DISPOSITIF POUR LA COMMANDE DE REDRESSEURS A VAPEUR DE MERCURE,
EN PARTICULIER POUR REDRESSEURS ALIMENTANT
DES MOTEURS REVERSIBLES"
De nombreux dispositifs de commande des grilles de redresseurs à vapeur de mercure ont été décrits.
Parmi ces dispositifs celui faisant l'objet du brevet d'invention N 404.957 du 30 Août 1934, pour "Dispositif de contrôle des appareils à décharge électrique utilisant une méthode différentielle" et utilisant, dans le but de régler la tension d'un redresseur à arc muni de grilles polarisées, l'augmentation de débit de chaque anode d'un redresseur auxiliaire polyanodique en fonction de la charge, ne semble pas permettre, à première vue, un réglage de tension correspondant à un déplacementdu point d'allumage supérieur à
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60 électriques. En. réalité, il est possible d'obtenir un régla- ge beaucoup plus étendu en appliquant l'un quelconque des moyens connus dont on trouvera deux exemples ci-dessous.
Le premier consiste à saturer, à très faible charge, le transformateur ali- mentant les redresseurs auxiliaires de façon à diminuer ltétendue de la période utile de débit de ceux-ci en dessous de 60 et à augmenter de la sorte le décalage du moment d'allumage de l'anode correspondante. Le second utilise le fait que la période de débit d'une phase du redresseur auxiliaire peut, dans certains cas, stétendre sur plus de 1800 électriques lorsque la résistance de cathode est en court-circuit.
La présente invention a pour objet un moyen simple dtaugmenter l'étendue du réglage de ce dispositif de façon à per- mettre son utilisation dans des cas spéciaux et en particulier dans une installation de moteur réversible alimenté par redresseur à grilles polarisées.
On comprendra mieux la présente invention en se réfé- rant à la fig. i des dessins ci-annexés.
,
Les grilles 3 se trouvant devant les anodes 2 du re - dresseur 1, sont polarisées en permanence par une tension négative , prélevée sur une source de courant continu quelconque, par exemple sur un potentiomètre 6 connecté entre les barres du réseau à cou- rant continu. Le curseur du potentiomètre 6 est relié à la grille 3 par l'intermédiaire d'une résistance 5 et du secondaire d'un transformateur spécial 7 pourvu de deux primaires a et b. Chacun de ces enroulements est traversé par le courant d'un des éléments redresseurs 10 alimentés par un transformateur 11.
On conçoit que la résistance 5 et le transformateur spé- cial 7 se reproduisent autant de fois qu'il y a de grilles 3.
Les cathodes des redresseurs auxiliaires 10 sont connec- tées d'une part aux primaires b des transformateurs 7 par l'inter- médiaire de résistances 9 et d'autre part aux primaires a des mêmes transformateurs par l'intermédiaire de résistances 8. Les autres extrémités des enroulements a constituent un point commun
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connectée à l'extrémité commune des enroulements b. Sur cette résistance 12, se déplace un curseur relié au point neutre du se- condaire du transformateur 11. Le courant traversant-le primaire a est déphasé généralement de 1/6 de période sur celui traversant l'enroulement b.
Les fig. 2 et 3 donnent les positions relatives des ten- sions aux bornes des enroulements a et b du transformateur 7 et de la tension appliquée à l'anode 2 correspondante. Lorsque le curseur de la résistance 12 est en H, cette résistance toute en- tière se trouve placée en série dans le circuit des enroulements b. Ainsi qu'il a été indiqué dans le brevet mentionné ci-dessus, le courant traversant les enroulements b aura la forme de la cour- be 18 de la fige 3. Le courant traversant les enroulements A aura la forme de la courbe 19, car la résistance du circuit exté- rieur est minimum.
La variation dans le temps des ampères-tours résultants est représentée par la courbe 14.
Si on suppose que les transformateurs 7 sont saturés, on obtiendra au secondaire c une tension ayant la forme de la courbe 15 de la fig. 2. Sur cette dernière a été représentée en 13 la @ tension de l'anode 2 correspondant à la grille 3 à laquelle est appliquée la tension 15.-
Ainsi qu'on l'a vu plus haut, chaque grille reçoit par rapport à la cathode 4 dont le potentiel est représenté par l'axe 17, une tension continue négative représentée par l'axe 16. Si on suppose que le potentiel de cathode coïncide avec la caracté- ristique d'allumage de l'anode considérée, on voit que lorsque le curseur est en H le point d'allumage se trouve en A.
Lorsque le curseur de la résistance 12 est au milieu de celle-ci, les cou- rants traversant les enroulements a et b sont respectivement re- présentés par les courbes 18' 'et 19' et les ampères-tours résul- tants par la courbe 14'. La tension aux bornes du secondaire c se déforme ainsi que le montre la courbe 15' qui coupe le potentiel de cathode en B. Le point d'allumage de l'anode correspondante s'est,donc déplacé en B. On montrerait de même que lorsque le
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curseur de la résistance 12 est en K on obtient les courbes 18", 19",14" et 15" ainsi que le point d'allumage C. Le déplacement du curseur de la résistance 12 de H en K permet donc de -régler la tension du redresseur 1 de 0 à 100%.
On conçoit aisément qu'avec un dispositif ainsi consti- tué, il soit possible de réaliser tous les desiderata de la tech- nique actuelle et en particulier la commande des moteurs reversi- bles ainsi qu'on le verra dans ce qui suit.
On peut, évidemment, sans changer en rien l'invention ne plus connecter le point commun des enroulements a. à la borne H de la résistance 12 mais le relier directement au point neutre du se- condaire du transformateur 11.
Les résistances 8 et 9 peuvent ou non être de même grandeur.
Suivant le but poursuivi, il sera possible de combiner un dispositif mécanique à la résistance 12 de façon à solutionner le problème posé.
Il est donné ci-après, à titre d'exemple, le mode de réalisation d'un système dé commande de moteur réversible.
On sait que pour la marche en récupération des moteurs il est nécessaire de déplacer les impulsions positives d'environ 180 électriques. Ceci peut se faire aisément en utilisant deux systèmes analogues à celui décrit précédemment dont les impulsions sont distantes l'une par rapport à l'autre d'environ 180 et en passant de l'un à l'autre dès que l'on passe de la marche en mo- teur à la marche en génératrice. On peut cepeniant utiliser un dispositif qui ne comporterait qu'un nombre double d'enroulements primaires au transformateur 7. La résistance 12 est alors rempla- cée par une résistance 21 composée de quatre éléments ainsi que le montre la fig. 4.
Lorsque le curseur de la résistance 21 est en 0, la position de l'impulsion positive de grille par rapport à la ten- sion d'anode 13 est donnée par le point 0 de la fig. 5. A ce moment, la tension redressée est nulle et le moteur est à l'arrêt.
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dernier arrive à la position P la tension redressée ést maximum et le moteur est à son maximum de vitesse. En revenant vers 0 la tension aux bornes du redresseur diminue et le moteur n'ayant plus de couple, ralentit sous l'effet des résistances passives.
Si l'on désire arrêter plus rapidement le moteur, on passera sur la partie OR de la résistance 21 et l'on inversera l'excitation du moteur. Dès que le curseur se trouve à l'extré- mité 0 de la résistance OR les impulsions positives se trouvent au point D (fig. 5) c'est-à-dire que le redresseur peut marcher en récupération pour la force contre-électromotrice de récupération maximum.
Si on déplace le curseur de 0 vers R les impulsions positives se déplacent de D vers E faisant décroître la force contre-électromotrice et par conséquent augmentant le couple de freinage.
Si, lorsque le curseur est en R, le moteur est arrêté on déplacera le curseur de R en S sans que rien ne se produise. Les impulsions positives se déplacent simplement de E en D. Lorsque le curseur passe en S sur la résistance ST, les impulsions positives passent brusquement de la position D à la position C, c'est-à-dire que l'on passe de la force contre-électromotrice maximum à une tension de marche directe nulle. Si l'on déplace le curseur de S en T, on augmente progressivement cette dernière tension. Si le moteur n'est pas arrêté au moment où l'on passe sur la résistance ST, il va marcher à contre-courant et s'arrêter brusquement pour repartir en sens inverse. S'il est arrêté, il démarrera progressivement dans ce dernier sens pour atte indre sa vitesse maximum.
Des phénomènes identiques se reproduisent lorsque le curseur revient de T en P. L'inversion de l'excitation s'effectue dans ce cas lorsque le curseur est en S.'
La commande mécanique du curseur est prévue de telle façon que lorsque ce dernier se déplace de P vers T on inverse l'excitation du moteur en 0 et non en S tandis que lorsqu'il se déplace de T vers P, cette opération s'effectue en S et non en 0.
Si au lieu de suivre le cycle décrit ci-dessus, après
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avoir fait démarrer le moteur dans le sens imposé par lé déplacement du curseur sur la résistance OP par exemple et avoir freiné en portant le curseur sur la résistance OR, on désire faire tourner le moteur dans le même sens que précédemment, il est nécessaire de croiser à nouveau l'excitation du moteur en 0 au moment où le curseur passe sur la résistance OP. Dans ce but, un dispositif spécial empêche l'inversion de l'excitation en 0 quand le curseur revenant vers 0 a préalablement dépassé le point S dans son mouvement vers T et l'autorise lorsque le curseur n'a pas atteint le point S.
Il en est de même pour l'inversion de l'excitation au point S.
Le dispositif décrit ci-dessus est donné à titre purement indicatif et non limitatif. Il est bien évident qu'on peut l'uti- liser avec tous les dispositifs de réglage analogues ou dérivant de celui faisant l'objet du brevet précité.
La fig. 6 montre une application de la présente invention à un de ces dispositifs. Sur cette figure les mêmes chiffres désignent les mêmes éléments.
On remarquera que les transformateurs 7 ne comportent plus que deux enroulements primaires et que le câblage de la résistance 21 est considérablement simplifié. Cette simplification est due au fait que le système de réglage employé utilise l'un des procédés cités au début de ce texte. On remarquera de plus, que de petits redresseurs auxiliaires 22 ont été introduits en série dans les circuits des enroulements primaires des transformateurs 7. Ils ont pour but de supprimer tout courant de circulation pouvant nuire dans certains cas au bon fonctionnement du dispositif. Il va de soi que cette modification peut être apportée également aux dispositifs dont il a été question précédemment.
Le fonctionnement du dispositif représenté fig. 6 est identique à celui du système décrit en regard de la fig. 4.
Dans la variante représentée fig. 7, on utilise, comme précédemment, des transformateurs 7 à deux enroulements primaires
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résistances 8, sont réunies à une borne C' d'une résistanée C'H' dont Isolement D'H' fait partie d'un rhéostat 23, tandis que les extrémités des enroulements h non connectées aux résistances 9 sont réunies à une borne A' d'un élément A'B' semblable à l'élément C'H' du même rhéostat 23. Ainsi qu'on le sait, les courants traversant les enroulements .la sont décalés d'une grandeur constante égale à 60 électriques sur ceux traversant les enroulements h.
Une source de tension continue 24 donnant la polarisation négative aux grilles a été connectée dans le circuit de débit des éléments redresseurs 10 ainsi que le montre la fig. 7.
Conformément au 1er brevet de perfectionnement déposé le 25 Mai 1935 , rattaché au brevet d'invention N 404. 957 précité, on sait que lorsque le curseur de la résistance 23 se déplace de B' vers A', le courant débité par les éléments 10 dans les enroulements h passe successivement de la forme e à la forme f, puis à la forme , de la fig. 8, réalisant ainsi qu'il a été montré, un déplacement du point d'allumage de l'anode correspondante de 120 électriques.
Si le point D' de la résistance C'H' a été choisi tel que le courant traversant l'enroulement .la ait la forme représentée en i sur la fig. 8, on voit que l'impulsion produite dans l'enroulement secondaire c aura lieu au même instant lorsque le curseur du rhéostat 23 se trouvera en B' ou en D'. De plus, un déplacement de ce curseur de D' en H' produira, ainsi qu'on le sait, une déformation de la courbe du courant traversant l'enroulement .la comme le montrent les courbes en pointillés i et h de la fig. 8 correspondant respectivement aux positions D'et H' du curseur sur la résistance 23. On constate que l'on réalise de la sorte un déplacement du point d'allumage de 60 par la résistance H'D' et de 120 par la résistance B'A'.
Un réglage obtenu de cette façon permet donc un déplacement du point d'allumage de 180 Si cette étendue de réglage était insuffisante il serait possible de la porter aisément à 240 et plus, en utilisant la partie C'D' de la résistance C'H' et en faisant traverser les enroulements .la et b des transformateurs 7 par des courants décalés de 120 électriques.
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Il est bien évident que toute variante aux dispositifs décrits ci-dessus n'en modifiant pas le principe entre dans le cadre du présent brevet.
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DESCRIPTIVE MEMORY filed in support of a request for
PATENT OF INVENTION under the benefit of the International Convention @ "DEVICE FOR THE CONTROL OF MERCURY STEAM RECTIFIERS,
IN PARTICULAR FOR FEEDING RECTIFIERS
REVERSIBLE MOTORS "
Numerous devices for controlling the grids of mercury vapor rectifiers have been described.
Among these devices that which is the subject of patent N 404.957 of August 30, 1934, for "Device for controlling electric discharge devices using a differential method" and using, in order to adjust the voltage of a rectifier to arc provided with polarized grids, the increase in flow rate of each anode of a polyanode auxiliary rectifier as a function of the load, does not seem to allow, at first glance, a voltage adjustment corresponding to a displacement of the ignition point greater than
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60 electric. In. in reality, it is possible to obtain a much more extensive adjustment by applying any of the known means, two examples of which will be found below.
The first consists in saturating, at a very low load, the transformer supplying the auxiliary rectifiers so as to reduce the extent of the useful flow period of the latter below 60 and thereby increase the offset of the moment of discharge. ignition of the corresponding anode. The second uses the fact that the output period of one phase of the auxiliary rectifier can, in some cases, extend over more than 1800 electrics when the cathode resistor is shorted.
The object of the present invention is a simple means of increasing the extent of the adjustment of this device so as to allow its use in special cases and in particular in an installation of a reversible motor supplied by a rectifier with polarized gates.
The present invention will be better understood by referring to FIG. i of the accompanying drawings.
,
The grids 3 located in front of the anodes 2 of the rectifier 1, are permanently polarized by a negative voltage, taken from any direct current source, for example from a potentiometer 6 connected between the bars of the direct current network. . The cursor of the potentiometer 6 is connected to the gate 3 by means of a resistor 5 and the secondary of a special transformer 7 provided with two primaries a and b. Each of these windings is traversed by the current of one of the rectifier elements 10 supplied by a transformer 11.
It will be understood that resistor 5 and special transformer 7 reproduce as many times as there are grids 3.
The cathodes of the auxiliary rectifiers 10 are connected on the one hand to the primaries b of the transformers 7 by means of resistors 9 and on the other hand to the primaries a of the same transformers by means of resistors 8. The others ends of the windings a constitute a common point
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connected to the common end of the windings b. On this resistor 12, moves a cursor connected to the neutral point of the secondary of transformer 11. The current flowing through primary a is generally out of phase by 1/6 of a period over that flowing through winding b.
Figs. 2 and 3 give the relative positions of the voltages at the terminals of the windings a and b of the transformer 7 and of the voltage applied to the corresponding anode 2. When the cursor of resistor 12 is at H, this entire resistor is placed in series in the circuit of the windings b. As indicated in the above-mentioned patent, the current passing through the windings b will have the shape of the curve 18 of the rod 3. The current passing through the windings A will have the shape of the curve 19, because the resistance of the external circuit is minimum.
The variation over time of the resulting ampere-turns is represented by curve 14.
If it is assumed that the transformers 7 are saturated, a voltage will be obtained at the secondary c having the form of the curve 15 of FIG. 2. On the latter has been shown at 13 the @ voltage of the anode 2 corresponding to the gate 3 to which the voltage 15.- is applied.
As seen above, each grid receives with respect to cathode 4, the potential of which is represented by axis 17, a negative direct voltage represented by axis 16. If it is assumed that the cathode potential coincides with the ignition characteristic of the anode in question, we see that when the cursor is at H the ignition point is at A.
When the cursor of resistor 12 is in the middle of it, the currents passing through windings a and b are respectively represented by curves 18 '' and 19 'and the resulting ampere-turns by curve 14 '. The voltage at the terminals of the secondary c is deformed as shown by the curve 15 ′ which intersects the cathode potential at B. The ignition point of the corresponding anode has therefore moved to B. It would be shown in the same way that when the
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cursor of resistor 12 is in K we obtain the curves 18 ", 19", 14 "and 15" as well as the ignition point C. The movement of the cursor of resistor 12 from H to K therefore makes it possible to -adjust the rectifier voltage 1 from 0 to 100%.
It is easily understood that with a device thus constituted, it is possible to achieve all the desiderata of current technology and in particular the control of reversible motors, as will be seen in what follows.
One can, of course, without changing the invention in any way, no longer connect the common point of the windings a. to terminal H of resistor 12 but connect it directly to the neutral point of the secondary of transformer 11.
The resistors 8 and 9 may or may not be of the same size.
Depending on the objective pursued, it will be possible to combine a mechanical device with resistance 12 so as to solve the problem posed.
The embodiment of a reversible motor control system is given below by way of example.
It is known that for the recuperation of the motors it is necessary to move the positive pulses of about 180 electrics. This can be done easily by using two systems similar to that described above, the pulses of which are distant from each other by about 180 and by passing from one to the other as soon as one passes from running with a motor to running with a generator. It is however possible to use a device which would have only a double number of primary windings at the transformer 7. The resistor 12 is then replaced by a resistor 21 composed of four elements as shown in FIG. 4.
When the cursor of resistor 21 is at 0, the position of the positive gate pulse with respect to the anode voltage 13 is given by point 0 in FIG. 5. At this time, the rectified voltage is zero and the motor is stopped.
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last arrives at the position P the rectified voltage is maximum and the motor is at its maximum speed. Returning to 0, the voltage across the rectifier decreases and the motor, having no more torque, slows down under the effect of the passive resistors.
If you want to stop the motor more quickly, you will switch to the OR part of resistor 21 and reverse the excitation of the motor. As soon as the cursor is at the end 0 of the resistance OR the positive pulses are at point D (fig. 5) ie the rectifier can operate in recovery for the back-electromotive force. maximum recovery.
If the cursor is moved from 0 to R the positive pulses move from D to E, decreasing the back-electromotive force and consequently increasing the braking torque.
If, when the cursor is in R, the motor is stopped, the cursor will be moved from R to S without anything happening. The positive impulses simply move from E to D. When the cursor passes in S on the resistor ST, the positive impulses pass abruptly from the position D to the position C, that is to say, we go from the maximum back-electromotive force at zero forward voltage. If we move the cursor from S to T, we gradually increase this last voltage. If the motor is not stopped when the resistance ST is passed, it will run against the current and stop suddenly and start again in the opposite direction. If it is stopped, it will start progressively in this last direction to reach its maximum speed.
Identical phenomena are reproduced when the cursor returns from T to P. The inversion of the excitation takes place in this case when the cursor is at S. '
The mechanical control of the cursor is provided in such a way that when the latter moves from P to T, the excitation of the motor is reversed in 0 and not in S, while when it moves from T to P, this operation is carried out. in S and not in 0.
If instead of following the cycle described above, after
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having started the motor in the direction imposed by moving the cursor on the OP resistor for example and having braked by bringing the cursor to the OR resistor, you want to turn the motor in the same direction as before, it is necessary to cross again the excitation of the motor in 0 when the cursor passes over the resistance OP. For this purpose, a special device prevents the inversion of the excitation to 0 when the cursor returning to 0 has previously exceeded point S in its movement towards T and authorizes it when the cursor has not reached point S.
It is the same for the inversion of the excitation at point S.
The device described above is given purely as an indication and is not limiting. It is obvious that it can be used with all adjustment devices analogous to or deriving from that forming the subject of the aforementioned patent.
Fig. 6 shows an application of the present invention to one of these devices. In this figure the same numbers designate the same elements.
It will be noted that the transformers 7 now only have two primary windings and that the wiring of the resistor 21 is considerably simplified. This simplification is due to the fact that the adjustment system employed uses one of the methods mentioned at the beginning of this text. It will also be noted that small auxiliary rectifiers 22 have been introduced in series into the circuits of the primary windings of the transformers 7. Their purpose is to eliminate any circulating current which may in certain cases be detrimental to the correct operation of the device. It goes without saying that this modification can also be made to the devices referred to above.
The operation of the device shown in fig. 6 is identical to that of the system described with reference to FIG. 4.
In the variant shown in fig. 7, as before, transformers 7 with two primary windings are used
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resistors 8, are joined to a terminal C 'of a resistive C'H' of which Isolation D'H 'is part of a rheostat 23, while the ends of the windings h not connected to the resistors 9 are joined to a terminal A 'of an element A'B' similar to element C'H 'of the same rheostat 23. As we know, the currents passing through the windings .la are shifted by a constant magnitude equal to 60 electric on those passing through windings h.
A DC voltage source 24 giving the negative bias to the gates was connected in the flow circuit of the rectifier elements 10 as shown in FIG. 7.
In accordance with the 1st improvement patent filed on May 25, 1935, attached to the aforementioned patent N 404. 957, it is known that when the cursor of the resistor 23 moves from B 'to A', the current delivered by the elements 10 in the windings h passes successively from the form e to the form f, then to the form of FIG. 8, realizing as has been shown, a displacement of the ignition point of the corresponding anode of 120 electrics.
If the point D 'of the resistor C'H' has been chosen such that the current passing through the winding .la has the shape shown at i in FIG. 8, it can be seen that the pulse produced in the secondary winding c will take place at the same instant when the cursor of the rheostat 23 is at B 'or at D'. In addition, a displacement of this cursor from D 'to H' will produce, as is known, a deformation of the curve of the current passing through the winding .la as shown by the dotted curves i and h in FIG. 8 corresponding respectively to the positions D'and H 'of the cursor on resistor 23. It can be seen that one realizes in this way a displacement of the ignition point of 60 by the resistor H'D' and of 120 by the resistor B 'AT'.
An adjustment obtained in this way therefore allows a displacement of the ignition point of 180.If this range of adjustment were insufficient, it would be possible to easily increase it to 240 and more, by using part C'D 'of resistor C'H 'and by passing the windings .la and b of the transformers 7 by currents offset by 120 electric.
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It is obvious that any variant of the devices described above without modifying the principle falls within the scope of the present patent.