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PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES DE REGIAGE DES CIRCUITS ET MACHINES ELECTRIQUES
La présente invention vise des perfectionnements, apportés à des systèmes de transformation de courants électriques par valves réglables, et elle s'applique plus particulièrement aux appareils utilisant des valves élec- triques pour transmettre l'énergie d'un circuit à courant alternatif à un cir- cuit de charge à courant continu ou à courant alternatif, dans le genre de ceux qui font l'objet du brevet principal et de ses premiers perfectionnements.
Dans le transfert de l'énergie entre un circuit d'alimentation à courant alternatif et un circuit de charge à courant continu ou à courant alter-
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natif, au moyen de systèmes à valves, on sait qu'on peut régler la tension moyenne du circuit de charge en appliquant un potentiel alternntif aux grilles des valves et en retardant plus ou moins la phase des potentiels do grille par rapport aux potentiels d'anode- On a proposé ainsi d'établir ce déphasage des potentiels de grille automatiquement, suivant les variations d'un facteur électrique du circuit, par exemple suivant le courant de charge transmis par l'appareil- Dans certains cas, on a trouvé avantageux de réaliser la courbe de régulation discontinue,
par exemple de maintenir la tension du circuit de charge pratiquement constante pour des charges inférieures à une valeur déterminée à l'avance, et de réduire ensuite rapidement la tension du circuit de charge, pour répondre à des augmentations ul- térieures survenant dans la charge.
L'invention fournit des moyens et appareils perfectionnés sus- ceptibles d'assurer de meilleures caractéristiques de régulation des appareils transformateurs à valves, pour transférer l'énergie d'un circuit à courant alter- natif à un circuit à courant continu ou alternatif.
Elle permet en outre de régler l'appareil de transformation à valves de manière que la tension du circuit de charge soit maintenue pratiquement constante pour des courants de charge allant jusqu'à une valeur déterminée à l'a- vance, et décroît ensuite rapidement en cas d'augmentation supplémentaire de la charge'
Suivant l'invention, la tension moyenne d'un circuit de charge à courant continu ou altarnatif excité à partir d'un circuit à courant alternatif à travers un appareil de transformation comportant les valves, se règle autcmati- quement par déphasage des potentiels de grille de ces valves* Ces potentiels de grille comportent deux composantes :
l'une qu'on peut appeler composante en déri- vation et qui est constante en grandeur et réglable en phase, de façon à tre en avance sur les potentiels d'anode dos valves, d'un angle déterminé à l'avance! 1 autre qu'on peut appeler composante série, varie d'amplitude suivant le courant passant par l'appareil de transformation et est réglrble en phase par rapport au courant de charge, de façon à mettre les potentiels d'anode des valves en retard d'un angle avoisinant à peu près 90 électriques, pour 10 facteur do puissance imité, avec des valeurs du courant de charges inférieures à une intensité déter- minée à l'avance.
La composante en retard du potentiel série de grille est insuf- fisante pour surmonter la composante en avance du potentiel shunt de grille, de sorte que le potentiel résultant de grille est en avance, et le* valves sont en-
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tièremet conductrices et maintiennent une tension maximum du circuit de char- ge.
Quand le courant de charge dépasse la valeur déterminée à l'a- vance, la composante du potentiel série de grille dépasse celle du potentiel shunt de grille, et retarde la phase des potentiels de grille des valves, de façon à diminuer rapidement le potentiel moyen du circuit à courant continu ou alternatif, en cas d'augmentation férieure du courant de charge des appareils.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avan- tages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple non limitatif, et dans lesquels :
La Fig.l représente une forme de réalisation spécifique de l'invention.
Les fig 2 et 3 sont des diagrammes vectoriels permettant de mieux comprendre cette invention.
La Fig.4 reproduit une caractéristique type tension-intensité des appareils de la Fig.l.
L'appareil représenté fig1 transfère de l'énergie d'un circuit à courant alternatif 10 à un circuit de charge à courant continu 11. Cet ap- pareil comporte un transformateur 12, deux valves électriques 13 et 14 assurant le redressement des deux alternances du courant. Une réactance amortissense des inégalités du courant peut être insérée en 15 dans.le circuit à courant continu, si on le désire. Les valves 13 et 14 sont pourvues chacune d'une ano- de, d'une cathode et d'une grille de réglage et peuvent être d'un type quelcon- que de tube à décharge, mais de préférence da type à vapeur.
Les grilles de commando des valves 13 et 14 sont reliées à leur circuit cathodique commun, à travers les moitiés opposées du secondaire d'un transformateur.de grille 16 et des résistances 17 et 18 de limitation de courant. Le circuit d'excitation de l'enroulement primaire du transformateur 16 comporte une source de potentiel empruntée à un dispositif déphaseur à impédance comportant une réactance 19 et une résistance variable 20 excitée à partir du circuit à courant alternatif 10, à travers 'on transformateur 21 Ce circuit est analogue à celui du brevet 349.518 du 9 Mars 1928 de la Compagnie demanderesse et de son perfectionnement.
Une capacité 22 est de préférence reliée en série avec le circuit, pour avancer la phase du potentiel appliqué au transformateur de grille 16 Le circuit d'exci
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tation pour le primaire du transformateur da grille 16 comporte aussi uno ré- sistance 23 qui dérive un potentiel d'un second ofrcuit déphaseur comportant une réactance 24 et une résistance variable 25 reliée aux bornes d'une résis- tance 26 insérée dans le secondaire d'un transformateur d'intensité 27 monté en série avec le circuit à courant alternatif 10 Tout circuit-filtre approprié par exemple une capacité 28 et une réactance 29 en parallèle, peut être avan- tageusement utilisé et branché aux bornes du transformateur 27,
pour absorber tous harmoniques provenant de la forme rectangulaire de l'onde du courant em- prunté au circuit 10 par le circuit de charge 11.
Les principes généraux de fonctionnement d'un circuit redresseur à deux alternances, dans lequel la tension moyenne du circuit à courant continu se règle par déphasage des potentiels de grille des valves, sont bien connus d' après les brevets antérieurs de la Société demanderesse, et notamment dans ceux qui ont été mentionnés ci-dessus*
Quand les tensions de grille des valves sont en phase avec les potentiels d'anode, les valves sont entièrement conductrices pendant les alter- nances positives des potentiels anodiques, et la tension du circuit à courant continu est maxima* Quand la phase du potentiel de grille est retardée, les valves deviennent conductrices plus tard dans chaque alternance do positivité du potentiel d'anode, et la tension moyenne du circuit à courant continu se trouve graduellement réduite.
La manière suivant laquelle la caractéristique de réglage ci- dessus est obtenue apparait nettement si on examine les diagrammes vectoriels reproduits dans les Fig.2 et 3. Dans la Fig.2, le vecteur OA représente le po- tentiel du circuit à courant alternatif 10 appliqué aux anodes des valves 13 et
14 et au circuit déphaseur à impédance 19-20. En réglant convenablement la ré- sistance 20, on peut obtenir, aux bornes des points moyens de ce circuit, le potentiel représenté par le vecteur cB de la Fig.2* Ce potentiel est appliqué à un circuit comportant la capacité 22, la réactance 25, le transformateur de grille 16 qui (si la résistance de fuite est négligée) peut être considéré cam- me ayant une caractéristique de résistance,
puisque son circuit de charge est non-inductif. Le vecteur CB peut se décomposer en deux composantes : CD le po- tentiel qui apparaît aux bornes de la résistance du circuit; et DB celui qui apparaît aux bornes de la capacité 22 (ces deux potentiels étant évidemment déphasés à peu près de 90
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Quand aucun courant n'est transmis par les appareils, et par conséquent aucun potentiel appliqué sur la résistance 23, à partir du secon- daire du transformateur de courant 27, le vecteur Cd (Fig.3) représente le potentiel de grille appliqué aux valves 13 et 14, de sorte que ces valves sont entièrement conductrices pendant deux alternances respectives de positivité d'anode,
et la tension du circuit à courant continu 11 est maxima* La résis- tance 25 est réglée de telle faqon que le potentiel tiré du circuit déphaseur à impédance 24-25 a une relation de phase représentée par le vecteur DE de la
Fig.3, quand les valves sont entièrement conductrices, et alors la charge sur le circuit 10 a pour facteur de puissance l'unité. Pour des valeurs du courant de charge inférieures à celles qui correspondent au vecteur DE, il est évident que le potentiel appliqué eux grilles des valves 13 et 14, représenté par le vecteur DE, est en avance sur les potentiels d'anode de ces valves, de sorte que le potentiel du circuit à courant continu 1 est maintenu à son maximum*
Alors,
s'il arrive que le courant de charge augmente au-delà' de la valeur correspondant au vecteur DE de la Fig.3, la composante en retard du vecteur DE dépasse la composante en avance du vecteur CD, de sorte que le potentiel résultant de grille retarde sur les potentiels anodiques, et la ten- sion moyenne du circuit 11 est réduits* Par suite de cette réduction entra!- née par le retard des points pour lesquels, pondant l'alternance, les valves deviennent conductrices, le facteur de puissance du courant alternatif est abaissé, et le retard du vecteur DE est augmenté, alors que son amplitude est elle-même augmentée*
Ces conditions tendent à produire un effet de compoundage et à réduire la tension du circuit à courant continu.
Par exemple, si le courant de charge augmente jusqu'à une valeur correspondant au vecteur DE', le poten- tiel de grille a une phase représentée par le vecteur CE'* Les caracéisti ques tension-intensité de cet appareil sont représentées sur la Fig.4, dans laquelle la partie ed de la courbe A correspond à ces valeurs du courant de charge allant de zéro jusqu'à la valeur qui correspond au vecteur DE de la fig.3 après quoi une augmentation d'intensité entraîne une rapide diminution de la tension moyenne du circuit 11.
Les effets expliqués dans l'hypothèse d'un circuit 11 à courant continu, se réalisent évidemment aussi dans le cas où le circuit 11 serait à courant alternatif ;auquel cas, les valves 13 et 14 seraient reliées en para-
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IMPROVEMENTS IN ELECTRICAL CIRCUIT AND MACHINE REGULATION SYSTEMS
The present invention is aimed at improvements made to systems for transforming electric currents by means of adjustable valves, and it applies more particularly to devices using electric valves to transmit energy from an alternating current circuit to a circuit. - fired with direct current or alternating current, like those which are the subject of the main patent and its first improvements.
In the transfer of energy between an AC power supply circuit and a DC or AC load circuit-
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native, by means of valve systems, we know that it is possible to regulate the average voltage of the charging circuit by applying an alternating potential to the gates of the valves and by delaying the phase of the gate potentials more or less with respect to the potentials of anode - It has thus been proposed to establish this phase shift of the gate potentials automatically, according to the variations of an electrical factor of the circuit, for example according to the load current transmitted by the device - In certain cases, it has been found advantageous to realize the discontinuous regulation curve,
for example, to keep the voltage of the load circuit substantially constant for loads less than a predetermined value, and then rapidly reduce the voltage of the load circuit, to respond to subsequent increases in the load.
The invention provides improved means and apparatus capable of providing better control characteristics of valve transformer apparatus, for transferring energy from an alternating current circuit to a direct or alternating current circuit.
It also allows the valve transformer to be adjusted so that the voltage of the charging circuit is kept practically constant for charging currents up to a predetermined value, and then decreases rapidly as a result. case of additional load increase '
According to the invention, the average voltage of a direct current or alternating current charging circuit excited from an alternating current circuit through a transformer device comprising the valves, is automatically adjusted by phase shifting the grid potentials. of these valves * These gate potentials have two components:
one which can be called a derivative component and which is constant in magnitude and adjustable in phase, so as to be ahead of the anode potentials of the valves, by an angle determined in advance! 1 other which can be called a series component, varies in amplitude according to the current passing through the transformer and is adjustable in phase with respect to the load current, so as to put the anode potentials of the valves behind. an angle of about 90 electrical, for 10 imitated power factor, with values of the load current below a predetermined current.
The lagging component of the gate series potential is insufficient to overcome the leading component of the gate shunt potential, so that the resulting gate potential is leading, and the valves are in-
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fully conductive and maintain a maximum voltage of the charging circuit.
When the load current exceeds the value determined in advance, the component of the gate series potential exceeds that of the gate shunt potential, and delays the phase of the gate potentials of the valves, so as to rapidly decrease the average potential. of the direct or alternating current circuit, in the event of a slight increase in the charging current of the devices.
The new characteristics and the advantages of the invention will be better understood by referring to the following description and to the drawings which accompany it, given simply by way of non-limiting example, and in which:
Fig.l shows a specific embodiment of the invention.
Figs 2 and 3 are vector diagrams for a better understanding of this invention.
Fig. 4 reproduces a typical voltage-current characteristic of the devices of Fig.l.
The apparatus shown in fig1 transfers energy from an alternating current circuit 10 to a direct current charging circuit 11. This apparatus comprises a transformer 12, two electric valves 13 and 14 ensuring the rectification of the two half-waves of the circuit. current. An uneven damping reactance in current can be inserted at 15 in the DC circuit, if desired. The valves 13 and 14 are each provided with an anode, a cathode and an adjustment grid and may be of any type of discharge tube, but preferably of the steam type.
The control gates of valves 13 and 14 are connected to their common cathode circuit, through opposing halves of the secondary of a gate transformer 16 and current limiting resistors 17 and 18. The excitation circuit of the primary winding of the transformer 16 comprises a potential source taken from an impedance phase-shifter device comprising a reactance 19 and a variable resistor 20 excited from the alternating current circuit 10, through a transformer 21 This circuit is similar to that of patent 349,518 of March 9, 1928 of the applicant Company and its improvement.
A capacitor 22 is preferably connected in series with the circuit, to advance the phase of the potential applied to the gate transformer 16 The exci circuit
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tation for the primary of gate transformer 16 also comprises a resistor 23 which derives a potential from a second phase shifter ofrcuit comprising a reactance 24 and a variable resistor 25 connected to the terminals of a resistor 26 inserted in the secondary d a current transformer 27 mounted in series with the alternating current circuit 10 Any suitable filter circuit, for example a capacitor 28 and a reactance 29 in parallel, can advantageously be used and connected to the terminals of the transformer 27,
to absorb any harmonics arising from the rectangular waveform of the current taken from circuit 10 by load circuit 11.
The general principles of operation of a two-wave rectifier circuit, in which the average voltage of the direct current circuit is adjusted by phase shifting the gate potentials of the valves, are well known from the prior patents of the Applicant Company, and especially in those mentioned above *
When the gate voltages of the valves are in phase with the anode potentials, the valves are fully conductive during positive alternations of the anode potentials, and the DC circuit voltage is maximum * When the phase of the gate potential is delayed, the valves become conductive later in each alternation of positive anode potential, and the average voltage of the DC circuit is gradually reduced.
The way in which the above tuning characteristic is obtained becomes clear if one examines the vector diagrams reproduced in Figs. 2 and 3. In Fig. 2, the vector OA represents the potential of the alternating current circuit 10 applied to the anodes of valves 13 and
14 and to the impedance phase shifter circuit 19-20. By suitably adjusting the resistance 20, it is possible to obtain, at the terminals of the mean points of this circuit, the potential represented by the vector cB in Fig. 2 * This potential is applied to a circuit comprising the capacitor 22, the reactance 25 , the gate transformer 16 which (if the leakage resistance is neglected) can be considered cam having a resistance characteristic,
since its load circuit is non-inductive. The vector CB can be broken down into two components: CD the potential which appears at the terminals of the resistance of the circuit; and DB that which appears at the terminals of the capacitor 22 (these two potentials being obviously out of phase by approximately 90
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When no current is transmitted by the devices, and therefore no potential applied to the resistor 23, from the secondary of the current transformer 27, the vector Cd (Fig. 3) represents the gate potential applied to the valves 13 and 14, so that these valves are fully conductive during two respective alternations of anode positivity,
and the voltage of the direct current circuit 11 is maximum * Resistor 25 is adjusted such that the potential drawn from the impedance phase shifter circuit 24-25 has a phase relation represented by the vector DE of the
Fig. 3, when the valves are fully conductive, and then the load on circuit 10 has unity as a power factor. For values of the load current lower than those which correspond to the vector DE, it is obvious that the potential applied to the gates of the valves 13 and 14, represented by the vector DE, is in advance of the anode potentials of these valves, so that the potential of DC circuit 1 is maintained at its maximum *
So,
if it happens that the load current increases beyond the value corresponding to the vector DE of Fig. 3, the lagging component of the DE vector exceeds the leading component of the vector CD, so that the potential resulting from gate delays on the anode potentials, and the average voltage of circuit 11 is reduced * As a result of this reduction caused by the delay of the points for which, by weighting the alternation, the valves become conductive, the power factor of the alternating current is lowered, and the delay of the vector DE is increased, while its amplitude is itself increased *
These conditions tend to produce a compounding effect and to reduce the voltage of the DC circuit.
For example, if the load current increases to a value corresponding to the vector DE ', the grid potential has a phase represented by the vector CE' * The voltage-current characteristics of this device are shown in Fig. .4, in which the part ed of the curve A corresponds to those values of the load current going from zero to the value which corresponds to the vector DE in fig. 3 after which an increase in current results in a rapid decrease in the average voltage of circuit 11.
The effects explained in the hypothesis of a direct current circuit 11 are obviously also realized in the case where the circuit 11 is alternating current; in which case, the valves 13 and 14 would be connected in parallel.
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