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PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES DE REGLAGE DES CIRCUITS ET MACHINES ELECTRIQUES
On sait que l'on peut agir sur les caractéristiques de fonction- nement des redresseurs à vapeur de mercure et autres appareils électriques à décharge dans les gaz ou vanneurs ionisés, en les munissant de grilles, com- mandées par des tensions telles qu'elles permettent d'empêcher l'arc de se for- mer pendant une fraction déterminée, variable à volonté, des demi-périodes pour lesquelles les anodes correspondantes sont plus positives que la cathode.
Divers moyens sont connus pour faire varier à volonté ces frac- tions de demi-périodes pendant lesquelles la formation de l'arc est empêchée, c'est-à-dire pour faire varier le retard ou décalage de l'instant où la ten- sion de commande d'une grille prend une valeur libérant le trajet de l'arc;
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ces moyens peuvent être mis en oeuvre soit à la main, soit automatiquement en fonction de diverses variables, par exemple en fonction de l'intensité du cou- rant redressé ou de la tension aux bornes du circuit parcouru par ce courant.
Parmi les dits moyens, la plupart procèdent ou peuvent procéder par variation de l'intensité de courants continus de contrôle, Notamment, dans le cas où les grilles sont commandées par des impulsions produites par des transfohmateurs ou des bobines de self-induction saturés, le réglage peut se faire en agissant sur l'intensité du courant continu parcourant des bobi- nages de saturation du circuit magnétique de ces transformateurs ou de ces bo- bines de self-induction; lorsque les grilles sont commandées par une tension alternative superposée à une tension continue, le réglage peut se faire en agissant sur la valeur de cette tension continue;
si la commande des grilles se fait au moyen d'une tension alternative constituée par la superposition à une tension continue négative, d'impulsions positives fournies par un distri- buteur synchrone, le réglage peut se faire en agissant sur les excitations à courant continu du moteur synchrone actionnant le distributeur, ce moteur étant prévu à excitation double en croix, etc...
La présente invention a pour objet un nouveau procédé de réglage automatique à intensité de courant constante ou limitée, pour redresseurs à vapeur de mercure et autres appareils électriques à décharge dans les gaz ou vapeurs ionisés, ce procédé s'appliquant précisément avec tous moyens de ré- glage des caractéristiques des dits appareils, qui agissent par variation de l'intensité de courants continus de contrôle ;
l'invention s'applique donc notamment aux appareils sur les caractéristiques desquels on agit par des gril- les comportant des modes de commande du genre de ceux énumérés ci-dessus à titre d'exemples, mais elle s'applique aussi aux appareils sur les caractéris- tiques desquels on agit autrement que par des grilles commandées, par exemple aux appareils à vapeur de mercure mono-anodiques sur les caractéristiques des- quels on agit par modification de l'instant où est provoquée la formation de la tâehe cathodique, sous réserve, bien entendu, que les moyens employés pour réaliser cette modification procèdent ou puissent procéder par variation de l'intensité de courants continus de contrôle,
Le procédé qui fait l'objet de l'invention est essentiellement caractérisé, en ce que le moyen, commande de grilles ou autre,
qui est utilisé pour agir sur les caractéristiques de l'appareil à régler automatiquement, est @
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mis sous le contrôle des ampères-tours de deux bobinages, dont l'un, qui agit dans le sens d'un retard à la formation de l'arc, est parcouru par un gourant variant comme celui dont l'intensité est à maintenir constante ou à limiter (par exemple par ce dernier courant lui-même ou par une dérivation de ce cou- rant prise aux bornes d'un shunt, inductif ou non), et dont l'autre, qui agit en sens inverse, est alimenté par une tension variant comme celle qui existe aux bornes du circuit parcouru par le courant dont l'intensité doit être main- tenue constante ou être limitée (par exemple par la tension aux bornes de ce circuit elle-même)
les ampères-tours de ces bobinages étant choisis selon les règles particulières qui seront exposées plus loin.
En vue de décrire l'invention complètement et de la manière la plus claire, on se référera à divers exemples, donnés à titre non limitatifs et auxquels se rapportent les figures schématiques ci-jointes; sauf indication eipresse contraire, ces exemples devront être considérés,pour plus de clarté, comme concernant des redresseurs à vapeur de mercure à cathode liquide et à grilles commandées* Les dispositions particulières de réalisation que l'on dé- crira à propos des dits exemples, devront être considérées comme faisant, en elles-mêmes, partie de l'invention, étant entendu que toutes dispositions équi- valentes peuvent être aussi bien utilisées sans sortir du cadre de celle-ci*
On remarquera tout d'abord que, qu'il s'agisse de commandes par tension sinusoïdale ou de forme plus ou moins voisine,
ou de commandes par impulsions de tension, il est toujours possible d'obtenir une loi rectiligne, dans de grandes limites, pour la variation de l'angle de retard à la libération du trajet de l'arc, en fonction des ampères-tours continus'de contrôle.
Par exemple, dans le cas d'une commande par tension sinusoïdale superposée à une tension continue variable fournie par une dynamo, la réalisa- tion de cette loi apparaît immédiatement si la dynamo est peu saturée; il suf- fit de se limiter à une saturation telle que la caractéristique à vide 0 At A" - 0 B' B" de la dynamo (voir Fig.l) se superpose à la sinusoïde OD - OC jus- qu'aux points A' et B', correspondant à une variation totale de 90 du retard à la libération du trajet de l'ara, étant admis un retard initial de 45 au point O, ce retard initial étant donné par exemple par un régulateur d'induc- tion fonctionnant en déphaseur,
Dans le cas de commande par transformateurs d'impulsions, il est encore possible, par un dimensionnement approprié,
de réaliser une loi prati-
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-quement rectiligne de variation de l'angle de retard à la libération du trajet de l'arc, en fonction des ampères-tours continus de contrôle.
Dans ce qui suit, on admettra donc cette loi rectiligne comme base, afin de faciliter l'exposé, une loi légèrement différente pouvant d'ail- leurs être recherchée, comme il sera indiqué plus loin, en vue d'obtenir une caractéristique préférable pour l'appareil à régler.
On eait dtautre part, que la tension redressée suit la loi cosinusoldale :
V = Vo cos a Vo étant la tension correspondant au fonctionnement naturel, c'est-à-dire sans intervention des grilles, et a étant l'angle de retard à la libération du tra- jet de l'arc qui donne à la tension côté continu de redresseur la valeur V.
Soit donc ao un angle de retard initial donné par un déphaseur, a' = aI l'augmentation de retard produite, conformément à l'invention, par les ampères-tours série de contrôle, qui dépendent de l'intensité I du courant redressé, et a" = bV la réduction de retard par les ampères-tours de contrôle qui dépendent de la tension V, a et b étant des constantes, Le retard résultant est a= ao + a@ - a" = ao + aI - b V d'où l'on tire :
I = 1/a ( a - ao + b V)
Or a = arc cos V/Vo et b représente le dosage des ampères-tours qui dépendent de V. Si l'on dimensionne le bobinage qui donne ces ampères-tours de manière que la relation b Vo = 1 soit satisfaite, on a alors :
I = 1/a (arc cos V/Vo + V/Vo - ao.) qui donne la relation entre la tension et le courant redressés pour cette valeur particulière de b.
On constate de suite que la somme : arc cos V/Vo + V/Vo varie peu pour de grandes variations de V/Vo à partir de zéro. Au court-circuit, cette som-
Vo me est en effet égale à 1,57 et à demi-tension elle est encore égale à 1,55; dans ces limites, le courant 1 est donc pratiquement constant. La courbe de la Fig.2 montre, courbe F, la variation complète de la somme arc cos V/Vo +V/Vo
Vo Vo portée en abscisses, pour V/Vo, portée en ordonnées, variant de zéro à un, Si on admet par exemple un retard initial ao nul, la somme arc cos V/Vo + V/Vo représentera une valeur proportionnelle au courant réglé I. On voit
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sur la figure que ce courant sera constant, à moins de ! - % près, entre V/Vo = o et V/Vo = 0,8. Plus loin des moyens seront indiqués pour obtenir une caractéristiques plus constante encore.
On peut se rendre compte graphiquement du fonctionnement sur la fig.3. La loi de variation de V/Vo, (en ordonnées), en fonction de l'angle de retard a, est représentée par la oosinusoide G. Le retard initial étant choisi nul, le vecteur aIo représente le retard dû aux ampères-tours série de contrôle au court-circuit. La droite H J, représentant la réduction du retard en fonction de V/Vo,est définie par a" = b Vo cosa, avec bVo = 1, soit a" = cos a ; droite H J est donc tangente en H à la cosinusoide G. Pour une valeur de I inférieure à Io, le vecteur a I représente le retard série et l'intersection de la droite H' J' ,parallèle à H J, avec la cosinusolde, donne le point de fonctionnement K.
Comme on le voit, dans le procédé qui fait l'objet de l'invention, la constance du courant dépend de la propriété de l'expression ars cos V/Vo + V/Vo Vo Vo d'être peu variable pour de grandes variations de à partir de zéro.
La Fig.4.indique un exemple de montage à effectuer pour appliquer l'invention dans le cas de commande des grilles par une tension sinusoïdale superposée à une tension continue de grandeur variable ; la Fig.4. comme dans les autres schémas ci-joints, on n'a représenté que les organes nécessai- res à la compréhension de l'invention, 1 et 2 désignent les bornes du circuit du courant redressé, bornes reliées respectivement à la cathode 3 et, vers 4, au neutre du transformateur d'alimentation du redresseur, supposé à six anodes; 5 est le secondaire du transformateur d'alimentation des grilles, qui sont supposées reliées, par l'intermédiaire des résistances habituelles, aux extré- mités des six phases de 5; 6 désigne la dynamo fournissant la tension continue de grandeur variable.
Conformément à l'invention, Bette dynamo comporte un bobinage d'excitation 7 dérivé aux bornes d'un shunt 8, inductif ou non, parcouru par le courant redressé; 7 produit une polarisation négative des grilles, fixant le courant de court-circuit pour le point A' de la figure 1, étant admis par exemple un retard initial de 45 réalisé par déphaseur; le bobinage d'excita- tion dérivé 9, dimensionné comme cela à été expliqué plus haut et éventuelle- ment réglé par le rhéostat 10, s'oppose à l'excitation 7, de manière à déplacer
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le point E de fonctionnement de la Fig.l vers 0 et B', au fur et à mesure de l'augmentation de la tension, Le fonctionnement est automatique et la réponse pratiquement immédiate;
la dynamo 6 étant de puissance minime, une forte résis- tance peut être prévue dans le bobinage inducteur 9, sans altérer pratiquement le rendement du redresseur ; unetrès faible constante de temps peut ainsi être obtenue pour cet enroulement 9. L'emploi d'un shunt inductif pour alimenter l'enroulement 7 permet d'éviter les surintensités en régime rapidement variable; le court-circuit franc peut même être admis sans inconvénient, la culasse de 6 étant alors de préférence réalisée en tôles minces.
La Fig.5 indique le montage de principe à effectuer pour l'ali- mentation de l'une des grilles, dans le cas de commande par transformateurs d'impulsions. Une bobine de self-induction non saturable 11, en série avec le primaire 12 du transformateur 13, est supposée alimentée par une tension alter- native, déphasée ou non par rapport à la tension d'anode ; le secondaire 14 pro- duit les impulsions d'allumage sur la grille (supposée connectée à l'extrémité 15), normalement polarisée négativement par la source à tension constante 16.
Conformément à l'invention, le transformateur 13 comporte deux enroulements de saturation 7 et 9, analogues aux enroulements d'excitation de la dynamo 6 (Fig, 4) qui portent les mêmes références ; cependant, des bobines de self-induction 17 et 18, en série respectivement avec 7 et 9, sont nécessaires pour réduire à une valeur faible les courants induits dans ces enroulements de saturation 7 et 9.
On se rend immédiatement compte de l'intérêt de deux montages dérivés de ceux que l'on vient de décrire. En premier lieu, le montage en am- plificateur, qui s'obtient en donnant par exemple un retard initial ao de 90 et en remplaçant l'excitation série de contrôle par un bobinage monté de même sens que l'excitation shunt et soumis à la caractéristique à amplifier (l'exci- tation shunt étant dans ce cas réglée un peu au-dessous de la limite critique pour réduire la distorsion). En second lieu, le montage en régulateur d'une caractéristique quelconque (le montage indiqué plus haut étant en régulateur d'intensité), qui s'obtient en remplaçant l'excitation série de contrôle de ce montage par un bobinage soumis à la caractéristique à contrôler,
par exemple par un bobinage alimenté par une dynamo tachymétrique pour maintenir une vi- tesse constante, ou plus généralement par un ensemble de bobinages dont la somme des ampères-tours est ainsi maintenue automatiquement constante, ce qui
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permet d'obtenir des effets variés,
Il est possible, pour certaines applications où un courant plus constant dans de grandes limites est recherche, de régler l'excitation shunt de contrôle un peu au-dessus de la valeur particulière définie plus haut. On peut aussi chercher à incurver la droite H J (fig.3) dans la zone J, de manière à la rapprocher de la cosinusoide G; l'emploi de résistances en charbon ou en "Thyrite", en série avec l'excitation shunt de contrôle, peut être utile dans ce but.
On peut aussi chercher à modifier la loi, admise, rectiligne, de va- riation de l'angle de retard en fonction du courant, de manière à obtenir un effet analogue.
Pour d'autres applications, où un courant simplement limité est recherché, on peut régler l'excitation shunt de contrôle un peu au-dessous de la valeur critique, de manière à obtenir une caractéristique plus souple. La Fig.6 montre un exemple de réglage dans ces conditions. Un angle de retard ao est donné par un déphaseur ou par un circuit d'excitation séparée réglable; le vecteur a I représente le retard dû au bobinage série de contrôle; la'droite HJ représente l'excitation shunt; le point de fonctionnement est en K.
On remarque que pour un courant débité faible, l'excitation shunt de contrôle donnerait aux impulsions une avance sur la formation de l'arc, qui risquerait de provoquer des ratés dans le cas de commande par transformateurs d'impulsions. Pour éviter cet inconvénient, on peut par exemple utiliser le montage de la Flg.7, qui limite l'excitation shunt à partir d'une certaine va- leur correspondant au point L de la Fig.6; de manière à retrouver l'allumage naturel à zéro, 9 représente le bobinage shunt, en série avec une bobine de self-induction 18 réduisant à une valeur infime les courants induits dans 9, 19 est une résistance permettant d'obtenir entre les points 20 et 21, une ten- sion égale à la tension de polarisation pour la tension correspondant au point L.
Une capacité 22. dérive les courants alternatifs dûs à l'ondulation de la tension redressée et le rhéostat 10 permet de régler le courant dans 9. Quand la tension redressée est inférieure à celle correspondant au point L, le poten- tiel du point 21 (Fig.7) est moins négatif que celui du point 23, aucun courant ne passe dans le dispositif à conductibilité unidirectionnelle'24 (redresseur sec, soupape quelconque, etc.) et les ampères-tours de 9 sont proportionnels à la tension redressée* Si, au contraire, la tension redressée est supérieure à celle correspondant au point L, le potentiel de 21 tend à devenir plus négatif que
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que celui de 23, un courant passe donc par 24, qui limite la tension entre 20 et 21 à la même valeur que la tension de polarisation,
l'excès de courant étant récupéré par cette source. On pourrait aussi limiter plus tard l'excitation shunt et placer dans le circuit de la soupape 24 un bobinage auxiliaire s'op- posant à 9 au-delà d'une certaine tension. On pourrait ainsi réduire l'impor- tance de la remontée de tension à vide d'un redresseur muni de bobines d'absorp- tion.
La Fig.8 représente en M la caractéristique obtenue avec le régla- ge de la Fig.6 et le limiteur de la Fig.7 fonctionnant au point L. Par réduc- tion de l'excitation shunt obtenue au moyen du rhéostat 10 (ou par montage po- tentiométrique), on peut passer de la caractéristique M à la caractéristique N correspondant à une excitation shunt nulle. Par variation de ao, obtenue soit par déphaseur, soit par bobinage séparée on peut régler le courant de court- circuit jusqu'à zéro ; la caractéristique P est obtenue, dans ces conditions, sans excitation shunt et la caractéristique Q est obtenue avec le même retard initial et en introduisant l'excitation shunt.
Il apparalt que le système proposé possède une souplesse remar- quable et une manoeuvre unique peut être réalisée en accouplant un rhéostat de l'excitation shunt de contrôle au déphaseur ou à un rhéostat de réglage d'exci- tation séparée. Il est à remarquer que la récupération peut être obtenue dans la zone M' de la caractéristique, où la tension redressée s'inverse.
De nombreuses applications peuvent être envisagées par exemple : alimentation d'appareils d'électrolyse, charge automatique de grosses batteries d'accumulateurs, démarrage automatique de moteurs actionnant des engins de for- te inertie, de moteurs de traction et de téléférique, travail à couple limité de moteurs de laminage, d'engins de terrassement, de cabestans, etc..
L'appli- cation de l'invention comporte la possibilité de freinage en récupération; celui-ci peut être réalisé de diverses manières: moteur à excitation série à balais décalables permettant de régler le couple entre deux valeurs égales et de sens contraires, déplacement rapide des balais avec ouverture du circuit pendant le déplacement pour les moteurs série rapides où le déplacement sous courant n'est pas possible, inversion d'induit ou d'excitation, ou par source auxiliaire 25 montée par exemple en parallèle (Fig.9) sur les inducteurs 26 d'un ou de plusieurs moteurs 27 alimentés par un même redresseur (bornes 3-4) et permettant par déplacement des balais de la dynamo 25, accouplée mécanique- n
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-ment à 27, par exemple, de renverser le courant d'excitation de 27 ou de l'en- semble des moteurs.
Cette disposition peut s'appliquer avec intérêt aux moteurs de traction alimentés par redresseur sur wagon, le déphaseur pouvant être ac- couplé au système de décalage des balais de manière à réduire le courant en récupération.
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IMPROVEMENTS IN THE ADJUSTING SYSTEMS OF ELECTRICAL CIRCUITS AND MACHINES
We know that it is possible to act on the operating characteristics of mercury vapor rectifiers and other electrical discharge devices in gases or ionized valves, by providing them with grids, controlled by voltages such as allow the arc to be prevented from forming during a determined fraction, variable at will, of the half-periods for which the corresponding anodes are more positive than the cathode.
Various means are known to vary at will these fractions of half-periods during which the formation of the arc is prevented, that is to say to vary the delay or offset of the instant when the voltage is control order of a grid takes a value freeing the path of the arc;
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these means can be implemented either by hand or automatically as a function of various variables, for example as a function of the intensity of the rectified current or of the voltage at the terminals of the circuit traversed by this current.
Among the said means, most of them proceed or can proceed by varying the intensity of direct control currents, in particular, in the case where the gates are controlled by pulses produced by transformers or saturated self-induction coils, the adjustment can be made by acting on the intensity of the direct current flowing through the saturation windings of the magnetic circuit of these transformers or of these self-induction coils; when the gates are controlled by an alternating voltage superimposed on a direct voltage, the adjustment can be made by acting on the value of this direct voltage;
if the gates are controlled by means of an alternating voltage constituted by the superposition, on a negative direct voltage, of positive pulses supplied by a synchronous distributor, the adjustment can be made by acting on the direct current excitations of the synchronous motor actuating the distributor, this motor being provided with double cross excitation, etc ...
The present invention relates to a new method of automatic adjustment at constant or limited current intensity, for mercury vapor rectifiers and other electrical discharge devices in ionized gases or vapors, this method being applied precisely with all means of re - adjustment of the characteristics of said devices, which act by varying the intensity of direct control currents;
the invention therefore applies in particular to devices on the characteristics of which action is taken by grills comprising control modes of the kind listed above by way of examples, but it also applies to devices on characteristics of which one acts other than by controlled grids, for example with mono-anodic mercury vapor apparatuses on the characteristics of which one acts by modifying the instant at which the formation of the cathode spot is caused, subject to , of course, that the means employed to carry out this modification proceed or can proceed by variation of the intensity of direct control currents,
The method which is the subject of the invention is essentially characterized, in that the means, control of gates or the like,
which is used to act on the characteristics of the device to be automatically adjusted, is @
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placed under the control of the ampere-turns of two windings, one of which, which acts in the direction of a delay in the formation of the arc, is traversed by a variable gourant like the one whose intensity is to be kept constant or to be limited (for example by this last current itself or by a bypass of this current taken at the terminals of a shunt, inductive or not), and the other of which, which acts in the opposite direction, is supplied by a voltage varying like that which exists at the terminals of the circuit traversed by the current, the intensity of which must be kept constant or be limited (for example by the voltage at the terminals of this circuit itself)
the ampere-turns of these windings being chosen according to the particular rules which will be explained below.
In order to describe the invention completely and in the clearest way, reference will be made to various examples, given without limitation and to which the attached schematic figures relate; Unless otherwise indicated, these examples should be considered, for the sake of clarity, as relating to mercury vapor rectifiers with liquid cathode and controlled grids * The particular implementation provisions that will be described with regard to said examples, should be considered as forming, in themselves, part of the invention, it being understood that any equivalent provisions can be used as well without departing from the scope of the latter *
It will be noted first of all that, whether these are commands by sinusoidal voltage or of a more or less similar shape,
or commands by voltage pulses, it is always possible to obtain a rectilinear law, within wide limits, for the variation of the delay angle at the release of the arc path, as a function of the continuous amperes-turns 'control.
For example, in the case of a control by sinusoidal voltage superimposed on a variable direct voltage supplied by a dynamo, the realization of this law appears immediately if the dynamo is not very saturated; it suffices to limit oneself to a saturation such that the no-load characteristic 0 At A "- 0 B 'B" of the dynamo (see Fig.l) is superimposed on the sinusoid OD - OC up to the points A 'and B', corresponding to a total variation of 90 of the delay on release of the ara path, being allowed an initial delay of 45 at point O, this initial delay being given for example by an induction regulator operating as a phase shifter,
In the case of control by pulse transformers, it is still possible, by appropriate sizing,
to achieve a practical law
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-qually rectilinear variation of the delay angle on release of the arc path, as a function of the continuous amperes-turns of control.
In what follows, we will therefore admit this rectilinear law as a basis, in order to facilitate the exposition, a slightly different law which can moreover be sought, as will be indicated later, in order to obtain a preferable characteristic for the device to be adjusted.
On the other hand, the rectified voltage follows the cosine law:
V = Vo cos a Vo being the voltage corresponding to natural operation, that is to say without intervention of the gates, and a being the delay angle at the release of the arc path which gives the voltage DC side of rectifier the value V.
Let ao therefore be an initial delay angle given by a phase shifter, a '= aI the increase in delay produced, in accordance with the invention, by the control series ampere-turns, which depend on the intensity I of the rectified current, and a "= bV the reduction of delay by the ampere-turns of control which depend on the voltage V, a and b being constants, The resulting delay is a = ao + a @ - a" = ao + aI - b V from where we get:
I = 1 / a (a - ao + b V)
Now a = arc cos V / Vo and b represents the dosage of the ampere-turns which depend on V. If we dimension the winding which gives these ampere-turns so that the relation b Vo = 1 is satisfied, we then have :
I = 1 / a (arc cos V / Vo + V / Vo - ao.) Which gives the relation between voltage and current rectified for this particular value of b.
It can be seen immediately that the sum: arc cos V / Vo + V / Vo varies little for large variations of V / Vo from zero. At short circuit, this som-
Vo me is in fact equal to 1.57 and at half-voltage it is still equal to 1.55; within these limits, the current 1 is therefore practically constant. The curve in Fig. 2 shows, curve F, the complete variation of the sum of arc cos V / Vo + V / Vo
Vo Vo plotted on the abscissa, for V / Vo, plotted on the ordinate, varying from zero to one, If we admit for example an initial delay ao zero, the sum of arc cos V / Vo + V / Vo will represent a value proportional to the set current I. We see
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in the figure that this current will be constant, unless! -% close, between V / Vo = o and V / Vo = 0.8. Further means will be indicated to obtain an even more constant characteristic.
The operation can be seen graphically in fig. 3. The law of variation of V / Vo, (in ordinates), as a function of the angle of delay a, is represented by the oosinusoid G. The initial delay being chosen zero, the vector aIo represents the delay due to the series ampere-turns short-circuit control. The straight line H J, representing the reduction of the delay as a function of V / Vo, is defined by a "= b Vo cosa, with bVo = 1, or a" = cos a; line HJ is therefore tangent in H to the cosine G. For a value of I less than Io, the vector a I represents the series delay and the intersection of the line H 'J', parallel to HJ, with the cosine, gives the operating point K.
As can be seen, in the method which is the subject of the invention, the constancy of the current depends on the property of the expression ars cos V / Vo + V / Vo Vo Vo of being little variable for large variations from from scratch.
Fig.4.indicates an example of assembly to be carried out to apply the invention in the case of control of the gates by a sinusoidal voltage superimposed on a continuous voltage of variable magnitude; Fig. 4. as in the other attached diagrams, only the components necessary for understanding the invention have been shown, 1 and 2 denote the terminals of the rectified current circuit, terminals respectively connected to the cathode 3 and, to 4, to the neutral of the rectifier supply transformer, assumed to have six anodes; 5 is the secondary of the transformer supplying the grids, which are supposed to be connected, through the intermediary of the usual resistors, to the ends of the six phases of 5; 6 designates the dynamo supplying the DC voltage of variable magnitude.
In accordance with the invention, Bette dynamo comprises an excitation winding 7 derived from the terminals of a shunt 8, inductive or not, through which the rectified current flows; 7 produces a negative bias of the gates, setting the short-circuit current for point A 'of FIG. 1, being admitted for example an initial delay of 45 produced by a phase shifter; the derivative excitation winding 9, sized as explained above and possibly adjusted by the rheostat 10, opposes the excitation 7, so as to move
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the operating point E of Fig.l towards 0 and B ', as the voltage increases, the operation is automatic and the response practically immediate;
the dynamo 6 being of minimal power, a high resistance can be provided in the inductor winding 9, without practically altering the efficiency of the rectifier; unetrès low time constant can thus be obtained for this winding 9. The use of an inductive shunt to supply the winding 7 makes it possible to avoid overcurrents under rapidly varying conditions; the straightforward short-circuit can even be admitted without inconvenience, the cylinder head of 6 then preferably being made of thin sheets.
Fig. 5 shows the basic assembly to be carried out for supplying one of the grids, in the case of control by pulse transformers. A non-saturable self-induction coil 11, in series with the primary 12 of the transformer 13, is assumed to be supplied by an alternating voltage, out of phase or not with respect to the anode voltage; secondary 14 produces ignition pulses on the gate (assumed to be connected to end 15), normally negatively biased by constant voltage source 16.
According to the invention, the transformer 13 comprises two saturation windings 7 and 9, similar to the excitation windings of the dynamo 6 (Fig, 4) which bear the same references; however, self-induction coils 17 and 18, in series with 7 and 9 respectively, are necessary to reduce the currents induced in these saturation windings 7 and 9 to a low value.
One immediately realizes the interest of two assemblies derived from those which one has just described. In the first place, the assembly as an amplifier, which is obtained by giving, for example, an initial delay ao of 90 and by replacing the control series excitation by a winding mounted in the same direction as the shunt excitation and subjected to the characteristic to be amplified (the shunt excitation in this case being set a little below the critical limit to reduce the distortion). Secondly, the assembly as a regulator of any characteristic (the assembly indicated above being a current regulator), which is obtained by replacing the series control excitation of this assembly by a winding subjected to the characteristic to control,
for example by a winding supplied by a tachometric dynamo to maintain a constant speed, or more generally by a set of windings the sum of the ampere-turns of which is thus automatically kept constant, which
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allows to obtain various effects,
It is possible, for certain applications where a more constant current within large limits is sought, to set the control shunt excitation a little above the particular value defined above. One can also seek to curve the line H J (fig.3) in the zone J, so as to bring it closer to the cosine G; the use of carbon or "Thyrite" resistors, in series with the control shunt excitation, can be useful for this purpose.
One can also seek to modify the law, admitted, rectilinear, of variation of the angle of delay as a function of the current, so as to obtain a similar effect.
For other applications, where a simply limited current is desired, the control shunt excitation can be set a little below the critical value, so as to obtain a more flexible characteristic. Fig. 6 shows an example of adjustment under these conditions. A delay angle ao is given by a phase shifter or by a separate adjustable excitation circuit; the vector a I represents the delay due to the series control winding; the right HJ represents the shunt excitation; the operating point is in K.
Note that for a low output current, the control shunt excitation would give the pulses an advance on the formation of the arc, which would risk causing misfires in the case of control by pulse transformers. To avoid this drawback, one can for example use the assembly of Flg.7, which limits the shunt excitation from a certain value corresponding to point L in Fig.6; so as to find the natural ignition at zero, 9 represents the shunt winding, in series with a self-induction coil 18 reducing the currents induced in 9 to a tiny value, 19 is a resistor making it possible to obtain between the points 20 and 21, a voltage equal to the bias voltage for the voltage corresponding to point L.
A capacitor 22. drifts the alternating currents due to the ripple of the rectified voltage and the rheostat 10 makes it possible to adjust the current in 9. When the rectified voltage is lower than that corresponding to point L, the potential of point 21 ( Fig. 7) is less negative than that of point 23, no current passes through the unidirectional conductivity device'24 (dry rectifier, any valve, etc.) and the ampere-turns of 9 are proportional to the rectified voltage * If , on the contrary, the rectified voltage is greater than that corresponding to the point L, the potential of 21 tends to become more negative than
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than that of 23, a current therefore passes through 24, which limits the voltage between 20 and 21 to the same value as the bias voltage,
the excess current being recovered by this source. One could also later limit the shunt excitation and place in the circuit of the valve 24 an auxiliary coil opposing to 9 beyond a certain voltage. It would thus be possible to reduce the importance of the no-load voltage rise of a rectifier provided with absorption coils.
Fig. 8 represents in M the characteristic obtained with the adjustment of Fig. 6 and the limiter of Fig. 7 operating at point L. By reduction of the shunt excitation obtained by means of the rheostat 10 (or by potentiometric assembly), it is possible to pass from the characteristic M to the characteristic N corresponding to zero shunt excitation. By variation of ao, obtained either by phase shifter or by separate winding, the short-circuit current can be adjusted down to zero; the characteristic P is obtained, under these conditions, without shunt excitation and the characteristic Q is obtained with the same initial delay and by introducing the shunt excitation.
It appears that the proposed system has remarkable flexibility and a single maneuver can be achieved by coupling a rheostat of the control shunt excitation to the phase shifter or to a separate excitation adjustment rheostat. It should be noted that the recovery can be obtained in the zone M 'of the characteristic, where the rectified voltage is reversed.
Numerous applications can be envisaged, for example: supplying electrolysis devices, automatic charging of large accumulator batteries, automatic starting of motors operating high inertia machines, traction motors and cable cars, torque work limited rolling motors, earth moving machinery, capstans, etc.
The application of the invention includes the possibility of regenerative braking; this can be achieved in various ways: series excitation motor with shiftable brushes allowing the torque to be adjusted between two equal values and in opposite directions, rapid movement of the brushes with opening of the circuit during movement for fast series motors where movement under current is not possible, armature or excitation inversion, or by an auxiliary source 25 mounted for example in parallel (Fig. 9) on the inductors 26 of one or more motors 27 supplied by the same rectifier ( terminals 3-4) and allowing by displacement of the brushes of dynamo 25, mechanically coupled - n
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-ment at 27, for example, to reverse the excitation current of 27 or of all the motors.
This arrangement can be applied with interest to traction motors supplied by a rectifier on a wagon, the phase shifter being able to be coupled to the brush offset system so as to reduce the current in recovery.