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La présente invention concerne des perfectionnements ou des modifications aux appareils de commande électromagnétiques du type décrit dans les brevets belges nos. 527.536, 531.753 et 540.106, et elle vise en particulier à perfectionner leur circuit magnétique ainsi que son procédé d'excitation et de commande.
Le type d'appareil inductif décrit jusqu'ici comprend deux circuits magnétiques fermés principaux excités tous les deux au moyen d'enroulements primaires connectés en série aux bornes d'une source de courant alternatif, chaque circuit pouvant recevoir une excitation supplémentaire d'une source de courant convenable au moyen de laquelle la. répartit:! on des flux primaires peut être réglée ou ces flux primaires peuvent être transférés, en tout ou @
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en partie, d'un circuit à l'autre, ou vice-versa.
Ces appareils, qui peuvent être pourvus;,ou non, d'enrou- lements secondaires, peuvent être utilisés seuls ou.en combinaison dans des circuits d'alimentation monophasés ou triphasés, respec- tivement, pour établir ou supprimer une tension de sortie ou pour donner une tension de sortie variable de façon continue.
Suivant la-présente invention, un appareil de commande électromagnétique comprend un circuit magnétique à deux chemins de flux perpendiculaires entre eux et des enroulements pour exciter le circuit magnétique dans les directions de ces deux chemins de flux.
L'aimantation principale ou primaire est appliquée à un chemin de flux, tandis que l'excitation supplémentaire est appli- quée dans le sens transversal par un enroulement qui est donc absolument non inductif relativement à l'excitation primaire, et ce pour toutes valeurs d'excitation individuelles ou même collec- tives au cas où il y a plus d'un appareil, comme dans les applica- tions aux réseaux triphasés.
Chaque circuit magnétique est composé, de préférence, de noyaux du type annulaire enroulés en spirale, en matières à grains orientés à haute perméabilité, constituant des unités compo- sites. Chaque ensemble de ce genre peut consister en un noyau annulaire intérieur enroulé en spirale, sur le pourtour extérieur duquel sont prévus l'enroulement primaire et tout autre enroule- ment alternatif, et un noyau annulaire extérieur enroulé en spirale de même section que celle du noyau annulaire intérieur, disposés de façon que les enroulements accourant alternatif préci- tés soient logés dans l'espace annulaire compris entre-les deux noyaux, le circuit magnétique étant complété par des anneaux faits, de préférence, de tôles empilés, ou enroulés en spirale,
et prévus au-dessus et en dessous des noyaux annulaires intérieur et extérieur, de façon à enfermer complètement les enroulements à curant alternatif. On obtient ainsi un circuit magnétique annulai-
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re fermé dans leauel le flux planaire passe par le noyau intérieur et un des anneaux et retourne par le noyau extérieur et l'autre anneau,constituant un circuit magnétique principal fermé de forte section et de faible longueur.
Le noyau composite est convenablement serré ou autrement maintenu et le ou les enroulements d'excitation sont enroulés en forme de bobinage toroïdal sur tout le pourtour du noyau annulaire composite, de façon à établir un second circuit magnétique entière- ment fermé de plus faible section et de plus grande longueur. Il est à remarquer que l'aimantation primaire est radiale et l'exci- tation supplémentaire tangentielle - les deux genres de lignes de force circulant dans le même milieu ou matière, simultanément mais suivant des trajectoires perpendiculaires entre elles ou transversales.
Les positions respectives des enroulements principaux et d'excitation peuvent être interverties si on le désire, mais l'avantage de la disposition proposée réside en ce que l'excitation supplémentaire est appliquée dans le sens de la plus grande perméa- bilité de la matière utilisée et suivant un circuit sans joints, et que les surfaces de jonction des éléments constituant le noyau composite se trouvent dans le même plan que le flux d'excitation supplémentaire, n'ayant donc aucune influence sur celui-ci.
Il est à noter aussi que toute la section de l'ensemble composite comprenant le chemin de retour du flux primaire alterna- tif est disponible pour le passage du flux d'excitation supplémen- taire et, comme la section du circuit de flux principal dans le sens radial peut être considérablement supérieure à sa section dans le sens transversal ou tangentiel, le flux d'excitation est donc beaucoup plus faible que le flux alterna.tif primaire ou principal qu'il doit commander.
Puisqu'avec la disposition suivant la, présente invention, il n'y a aucun couplage inductif entre les enroulements primaires et d'excitation supplémentaire, on dispose d'une grande liberté
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dans la manière de connecter les enroulement.:? d'excitation entre eux. Par exemple, dans les apolications aux réseaux, triphasés, les enroulements d'excitation peuvent être montés sépares ou en collec- tivité, et dans ce dernier cas, ils peuvent être reliés entre eux en série ou en parallèle ou de toute autre manière, en restant toujours préservés de tout effet d'induction.
L'invention est décrite plus en détail ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
La figure 1 représente la disposition d'un circuit magné- tique composite destiné aux appareils du type décrit utilisés dans des circuits monophasés ou triphasés.
La figure 2 représente une autre forme d'exécution com- prenant trois circuits magnétiques composites réunis en un ensemble multiple pour fonctionnement en triphasé.
. Les figures 3 et 3A représentent des modifications de la forme d'exécution de la figure 2.
La figure montre l'enroulement principal et l'enroule- ment d'excitation d'un appareil morophasé à deux circuits comme celui de la figure 1.
La figure 5 montre l'enroulement principal et l'enroule- ment d'excitation d'un appareil trichasé comprenant trois paires de circuits comme . lafigure 1 et prévu pour une excitation en courant alternatif.
La figure 6 représente une forme d' exécution comme à la. figure 5, mais prévue pour une excitation en courant continu seulement ou son équivalent.
La figure 7 montre l'enroulement principal et l'enroule- ment d'excitation d'un appareil triphasé comprenant une raire d'unités comme à la figure 2 ou 3, prévu uniquement pour une excitation en courant continu ou son équivalent.
La figure 8 montre la forme d'exécution utilisée pour une réactance à saturation ou un amplificateur magnétique.
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La f-Lu'o 1 repi-i'rt-nte une forme de circuit rnanéC:cq. avec ses enroulement?, compost' d'un noyau intérieur, annulaire A du type enroula retour duquel on enroule un enroulement primaire
Pl, entoura lui-même éventuel] ement d'un enroulement secondaire SI.
Un noyau annuaire extérieur Al de section transversale annulaire équivalente à celle du noyau A est prévu aussi, de façon que les enroulements à courant alternatif soient logés dans l'espace annulaire compris entre les deux noyaux. Des anneaux Cl et C2 de section voulue sont placés au-dessus et au dessous des noyaux annulaires A et Al comme représenté, de manière à enfermer entière- ment les enroulements à courant alternatif et constituer un ensem- ble composite de forme annulaire. Le chemin suivi par le flux primaire dans le circuit fermé ainsi obtenu, est représenté par les flèches à deux pointes. La section transversale du circuit suivi par ce flux primaire doit être rendue aussi régulière que possible en donnant aux différentes parties les proportions voulues.
L'ensemble complet est convenablement serré ou autrement maintenu, et on enroule, de façon toroldale, un ou des enroulements d'excita- tion H dont les spires entourent l'ensemble composite et produisent, dans celui-ci, un champ dans la direction indiquée par les flèches à une pointe. Pour la. facilité, le dessin représente l'ensemble avec un arrachement, mais il va de soi que les anneaux constituant l'ensemble composite sont continus et entièrement fermés. Le flux principal et le flux d'excitation agissent à angles droits, chacun dans un circuit complètement fermé, les deux, flux ou des parties variables de chaque flux pouvant traverser simultanément toute la même matière magnétique.
Aucun flux primaire principal ne passe dans l'enroulement d'excitation qui est'à angles droits- par rapport au plan de ses spires ou vice-versa, et les enroulements sont donc entièrement non-inductifsl'un par rapport à l'autre, ce qui permet d'utiliser tout genre de courant voulu pour l'excitation, Un appa- reil destiné à un fonctionnement monophasé comprend deux circuits magnétiques composites, chacun comme celui représenté à la figure 1.
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L'enroulement d'excitation rI éClU1 vau taux enroulement (1" axej.t r.ti.0n doubles utilisés dans le cas de .circuits magnétiques divisesou à un enroulement d'excitation commun embrassant des circuits magnéti- ques divisés.
La figure 2 représente une autre forme d'exécution de l'invention pour courant triphasé, dans laquelle on réalise une économie de matière magnétique comparativement au cas où on utilise le nombre équivalent de circuits du type représenté à la figure 1.
Dans cette forme d'exécution, trois noyaux annulaires A, Al et A2 sont montés concentriquement entre des anneaux Cl et C2 faits de tôles empilées, et l'ensemble est convenablement calé.
Les trois circuits magnétiques ainsi constitués sont excités par des enroulements primaires P4 et P5 qui entourent respectivement les noyaux annulaires Al et A et sont logés dans les espaces annulaires compris entre les noyaux, tandis que l'enroulement primaire restant est divisé en deux parties égales P3A et P3B, une de ces parties allant, avec l'enroulement P4, dans l'espace annulaire occupé par celui-ci,et l'autre partie allant avec l'en- roulement P5.
Les deux demi-enroulements sont reliés en série et disposés de fa.çon à aimanter les noyaux annulaires A et Al en sens opposés, afin que le flux dû aux deux demi-enroulements s'écoule, par exemple; vers le haut dans le noyau Al et redescende par les deux autres noyaux A et A2 ou vice-versa à tout moment, tandis que les flux dus aux enroulements P4 et P5 descendent dans les noyaux Al et A et remontent dans les noyaux A2 et Al respectivement, comme indioué à la figure 1 par les flèches à double pointe.
Quand on utilise des enroulements secondaires, ceux-ci sont montés concentriquement à leurs enroulements primaires asso- ciés, comme indiqué précédemment.
Les connexions des enroulements sont efrectuées, dans les différentes formes d'exécution représentées, à l'aide de fil;: passant dans les fente s W pratioupes dans les anneaux C1, C2, etc.
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La figure 3 représente une forme d'exécution utilisant quatre anneaux Cl, C2, C3 et C4. Deux noyaux annulaires A et Al soht montés entre les anneaux Cl et C2, deux noyaux annulaires A2 et A3 sont montés entre les anneaux C2 et C3, et deux noyaux annulaires
A4 et A5 sont montés entre les anneaux C3 et C4, constituant trois
Compartiments annulaires superposés contenant chacun un enroulement primaire comme représenté en P5, P4 et P3.
Si on le désire, des enroulements secondaires sont montés doncentriquement à leurs enroulements primaires associés, de la manière déjà décrite.
Un appareil multiple de ce genre correspond à trois appareils du type de la figure 1, mais il ne faut que quatre anneaux au lieu de six, comme ce serait le cas si on utilisait des unités indépendantes.
La figure 3A représente une autre forme d'exécution dans laquelle on n'utilise que quatre noyaux A, Al, A2, A3 et trois anneaux Cl, C2, C3. Les enroulements primaires sont disposés comme à la figure 2, un des enroulements étant divisé en deux parties égales P3A et P3B, la première étant montée concentriquement à l'enroulement primaire P5 dans le même compartiment annulaire, tandis que la seconde est logée avec l'enroulement primaire P4.
La construction de l'invention'à circuit magnétique multiple se caractérise par une économie de matière magnétique et, dans une certaine mesure, de bobinage.
Un enroulement toroldal H6 embrasse la section de circuit entière dans les circuits magnétiques multiples des figures 3 et 3A, et produit un flux d'excitation dans le sens tangentiel, comme indiqué par les flèches à une pointe.
En utilisant une excitation supplémentaire transversale, comme la présente invention le propose, on jouit d'une grande liberté dans le choix des procédés d'application. Les circuits peuvent être excités par des sources de courant alternatif et, à ce
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point de vue, les adaptations de l'appareil au fonctionnement triphasé peuvent se faire par circuits à excitations individuelles -provenant de sources de courant ayant les mêmes dispositions de phases que l'excitation principale ou primaire qu'ils doivent commander, les enroulements d'excitation étant ensuite groupés en étoile ou en triangle de façon à s'adapter à l'orientation de l'excitation primaire.
Si.on utilise, au contraire, des circuits magnétiques multiples, ceux-ci ne peuvent évidemment être excités qu'en courant continu, puisqu'il faut tenir compte d'excitations primaires de trois phases différentes. @
Quand il le faut, on peut appliquer de l'excitation de feedback aux circuits magnétiques du type proposé dans l'invention., en ajoutant, aux fins voulues,, les enroulements d'excitation supplémentaires nécessaires.
Si.les enroulements à courant alternatif sont disposés de la façon représentée, un certain champ magnétique peut être produit dans-le creux au centre de'l'appareil,puisque tout l'espac entouré par l'enroulement intérieur, est soumis aux effets de sa force magnétisante. Ce champ magnétique peut être confiné dans le fer même du circuit magnétique à condition d'introduire un tube de cuivre Z dans le trou central 'de l'ensemble composite. Ce tube a l'effet d'une spire en court-circuit, et tout flux de fuite qui pénètre dans l'espace central produit un courant de circulation dans le tube, dont la force magnétisante repousse le flux de fuite à l'intérieur du circuit magnétique, où il doit se trouver.
Ce tube, quoique non représenté aux figures 1, 3 et 3A, peut être utilisé aussi dans ces formes d'exécution, si on le désire, Le tube peut être introduit dans l'ensemble complet, après bobinage de l'enroulement d'excitation H, ou bien il peut être glissé, sans jeu et de façon à affleurer aux deux extrémités, dans le noyau assemblé, l'enroulement d'excitation étant bobiné ensuite de maniè- re que ses spires passent à l'intérieur du tube de cuivre; ce dernier procédé est plus efficace.
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Dans le type de circuit magnétique représenté, où le flux primaire ou principal s'écoule radialemetn vers l'extérieur et revient radialement vers l'intérieur, il est bon que la section transversale du circuit magnétique entier .suivi par le flux soit aussi régulière que possible; on peut, par exemple^? donner aux noyaux annulaires de plus grand diamètre une épaisseur moindre qu'à ceux de plus faible diamètre, demanière à avoir une section transversale annulaire égale. De même, l'épaisseur des anneaux supérieurs et inférieurs doit diminuer quand le diamètre augmente, ce aui peut se faire, dans le cas d'ensembles composites simples, en utilisant des tôles empilées dont le diamètre extérieur décroît progressivement.
La dernière remarau.e n'est d'importance que si les enroulements d'excitation sont bobinés à l'intérieur du noyau, et non toroldalement à l'extérieur.
Au lieu d'utiliser des anneaux supérieurs et inférieurs à épaisseur variable, on peut obtenir le même résultat en utilisant des tôles empilées percées de fentes de longueur convenable, dispo- sées à des distances convenables du centre et de largeur W, comme représenté à la figure 2. Cette solution est intéressante parce qu'elle permet de ventiler l'enroulement qui serait autrement hermétiquement enfermé, et donne un accès plus'faible pour sortir des connexions. Ces fentes peuvent aussi êtreutilisées pour introduire des boulons servant à maintenir:les anneaux et à réunir les parties de noyau.
Des bagues encastrées M en forme de cornières, faites en bakélite, mica ou autre matière isolante convenable, peuvent recouvrir les coins ou bords intérieurs et extérieurs de l'ensemble composite, de façon que le bobinage toroldal soit bien isolé et n'obture pas les fentes ou encoches de ventilation percées dans les anneaux supérieurs et inférieur,
Si on utilise des moyens de fixation pour réunir ou monter les parties du noyau composite, les bagues isolantes précitées peu- vent être divisées en secteurs de longueur convenable, l'enroulement'
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d'excitation notant bobiné qu'à 1,-'endroit des secteurs.
La figure 4 contre une façon de disposer Les enrou lements d'un appareil inductif composé d'une paire de circuits, chacm comme celui représenté à la figure 1. Des enroulements prima: res p1 et P2 sont prévus sur les deux circuits, bobinés concentrique- ment aux noyaux annulaires A et Al de la figure 1 dans chaque cas et reliés en série entre les lignes de réseau Ll et L2, tandi: que les enroulements d'excitation supplémentaire H et Hl sont bobinée toroldalement sur les circuits magnétiques respectifs, comme repré- senté en H à la figure 1.
Ces derniers enroulements sont mis en série aux bornes d'une source d'alimentation X-Y et sont excités complé- mentairement à l'aide d'un potentiomètre K, ou l'équivalent, don- nant une tension de sortie variable, ou bien le potentiomètre peut être remplacé par un commutateur J qui établit, ou supprime cette tension de sortie. Dans sa position fermée, le commutateur J court-circuite l'enroulement d'excitation Hl et applique la pleine tension d'excitation à l'enroulement H qui sature le circuit qu'il entoure.'
Pour la clarté du dessin, les enroulements secondaires ont été omis, mais' si on en utilise, ils sont bobinés autour des enroulements primaires et concentriquement aux circuits magnétiques correspondants.
Dans le cas d'un fonctionnement triphasé, on utilise six circuits magnétiques en deux groupes de trois.
A la figure 5, des enroulements primaires P5 et P15, P4 et P14, P3 et Pi3 sont bobinés sur des circuits du type repré- senté à la figure 1. Ces enroulements sont montés concentriques à leurs noyaux correspondants et à tout enroulement secondaire éventuel. Chaque paire d'enroulements en série est connectée respec- tivement entre la ligne Ll et le neutre N, L2 et N, L3 et N.
Les enroulements d'excitation supplémentaire H5 et H15, H4 et H14, H3 et H13 sont bobinés toroldalement autour de chaque sembla composite, comme en H à la figure 1. Les enroulements
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excitation de chaque paire sont reliés en série avec une self Ql,
Q2, Q3 respectivement, et chaque groupe série est connecté entre ta ligne Ll et le. neutre N, L2 et N ou L3 et N en étoile, chaque paire étant reliée à un potentiomètre Kl, K2 et K3 respectivement.
Les trois potantiomètres sont montés sur un même. axe et commandés simultanément, le curseur étant relié chaque fois au point de jonction des deux enroulements d'excitation d'une paire de façon que l'excitation soit appliquée complémentairement entre les cir- cuits de chaque paire, en passant du point de saturation de l'un ou l'autre circuit au cas d'égalité des deux états d'excitation qui correspond à la position d'arrêt.
Dans ce cas,l'excitation peut être fournie par des sour- des de courant alternatif à tension entre phase et neutre comme
Représenté ou par toute tension convenable provenant d'un transfor- mateur abaisseur ou semblable, ou d'une source séparée. Les selfs
01, Q2 et Q3 servent à limiter le courant quand l'un ou l'autre des enroulements d'excitation est saturé.
Les potentiomètres peuvent être remplacés par des inter rupteurs à commande unique Jl, J2 et J3, prenant la forme d'un interrupteur à trois pôles qui établit ou supprime simplement la tension de sortie au lieu de la régler.
Il est à remarquer que là où on utilise une excitation en courant alternatif, la source qui la fournit doit être en phase avec l'excitation primaire à laquelle elle est appliquée et qu'il faut donc donner la même phase que la phase primaire à la source d'excitation supplémentaire correspondante, et là où les enroule- ments primaires sont montés en.étoile, monter aussi les enroulement d'excitation en étoile, ceux-ci étant montés en triangle si les enroulements primaires le sont.
Là figure 6 représente une forme d'exécution semblable à la précédente mais adaptée à une excitation en courant continu ou son équivalent. Ici, les enroulements,d'excitation H5, H4 et H3 sont connectés en série en groupe, tandis que les enroulements
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H15, H14 et H13 sont connectés en série en un autre groupe. Les deux groupes d'enroulements sont mis en série aux bornes d'une source de tension d'excitation continue X-Y ou son équivalent c'est-à-dire un redressement convenablement filtré qui est connecté à une source triphasée, hexaphasée ou monophasée.
Le point de jonction des deux groupes d'enroulements est relié au curseur du potentiomètre K mis aux bornes de la source de tension d'excitation.
En déplaçant le curseur du potentiomètre, l'excitation supplémentaire peut être appliquée complémentairement aux deux groupes de circuits de façon à pouvoir varier la proportion de flux primaire commun prise par chaque paire de circuits comme déjà décrit et à pouvoir régler complètement la tension aux bornes des enroule- ments principaux.
Si les enroulements d'excitation de chaque groupe de cir- cuits de la figure 6 sont connectés en série, ils ne doivent pas l'être dans un ordre déterminé parce qu'ilssont entièrement non inductifs relativement à l'aimantation primaire et qu'il ne faut pas tenir compte d'une somme vectorielle des tensions triphasées.
Ces enroulements d'excitation peuvent donc être communs ou indivis duels, et dans ce dernier cas, ils peuvent être mis en série.ou en parallèle, comme cela se présente le mieux.
La figure 7 montre une forme d'exécution équivalente à celle de la figure 6, mais utilisable avec deux circuits multiples du type représenté à la figure 2. Les enroulements primaires P5, P4 et P3 ainsi que les enroulements secondaires éventuels sont entourés par un bobinage d'excitation commun H6. De même, les enrou- lements primaires P15, P14 et P13 et les enroulements secondaires éventuels sont entourés par un enroulement d'excitation commun semblable H7. Chaque enroulement primaire d'un groupe,est connecté en série avec sa contrepartie de l'autre groupe, les enroulements P5 et P15, P4 et P14, P3 et Pi3 étant mis en série par des conduc- teurs respectifs 20, 21, 22 et montés, en groupes, en étoile
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respectivement entre la ligne Ll et le neutre N, la ligne L2 et N, la ligne L3 et N.
L'excitation est appliquée complémentairement à l'aide d'un potentiomètre K ou d'un interrupteur de commande J et ne peut être fournie que par une source de courant continu, ou l'équiva- lent.
La figure 8 représente une réactance à saturation ou amplificateur magnétique utilisant un seul circuit du type repré senté à la figure 1 avec un enroulement d'excitation série converia- ble PO bobiné concentriquement autour du noyau annulaire A et reliée en série avec une charge W, aux lignes de réseau Ll et L2.
Des enroulements d'excitation supplémentaire H2, H3 sont bobinés toroldalement comme en H sur la figure 1. Ces enroulements sont re- présentés sous forme de sections entremêlées, mais ilspeuvent ausi être bobinés en couche, à condition d'être isolés l'un de l'autre* Le flux primaire peut être réduit ou supprimé, en variant l'excita-i tion supplémentaire appliquée à l'enroulement H2 par le potentio- mètre K mis aux bornes de la source d'excitation X - Y, l'enroule- ment d'excitation H2 étant relié par le conducteur 14 à la ligne X et par le conducteur 15 au curseur du potentiomètre K, comme d'habitude en technique de réactance à saturation.
L'enroulement H3, connecté, entre les conducteurs 16 et 17, peut être utilisé coAme enroulement de polarisation ou de feedback avec d'autres enroule- ments semblables distincts éventuels.
Cette forme d'exécution peut être appliquée aux réactances . à saturation triphasées en utilisant trois circuits comme celui dé la figure 8, et l'arrangement serait semblable à l'arrangement d'un des groupes de circuits représentés aux figures 5, 6 et-7, l'autre groupe étant remplacé par les trois dérivations du circuit de charge aui complètent le montage en étoile ou en triangle. Les trois circuits peuvent être excités, comme à la figure 8, par un enroulement d'excitation propre à chaque circuit, ou par un enrou- lement commun embrassant les trois circuits comme dans un des
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groupes de la figure 7; dans ce derni.er cas, l'excitation doit être fournie par une source de courant continu, ou l'équivalent.
REVENDICATIONS
1.- Appareil de commande électromagnétique caractérisé en ce qu'il comporte un circuit magnétique à deux chemins de flux per- pendiculaires l'un à l'autre et des enroulements pour exciter le circuit magnétiaue dans les directions des deux chemins de flux.
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The present invention relates to improvements or modifications to electromagnetic control devices of the type described in Belgian patents nos. 527.536, 531.753 and 540.106, and it aims in particular to improve their magnetic circuit as well as its excitation and control process.
The type of inductive device described so far comprises two main closed magnetic circuits both excited by means of primary windings connected in series to the terminals of an alternating current source, each circuit being able to receive an additional excitation from a source. suitable current by means of which the. distributes :! one of the primary flows can be set or these primary flows can be transferred, in whole or @
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partly, from one circuit to another, or vice versa.
These devices, which may or may not be provided with secondary windings, may be used alone or in combination in single-phase or three-phase power circuits, respectively, to establish or suppress an output voltage or to give a continuously variable output voltage.
According to the present invention, an electromagnetic control apparatus comprises a magnetic circuit with two flow paths perpendicular to each other and windings for energizing the magnetic circuit in the directions of these two flow paths.
The main or primary magnetization is applied to a flux path, while the additional excitation is applied in the transverse direction by a winding which is therefore absolutely non-inductive with respect to the primary excitation, and this for all values of d individual or even collective excitation in case there is more than one device, as in the applications to three-phase networks.
Each magnetic circuit is preferably composed of spirally wound ring type cores of high permeability oriented grain materials constituting composite units. Each such assembly may consist of an inner annular core wound in a spiral, on the outer periphery of which the primary winding and any other reciprocating winding are provided, and an outer annular core wound in a spiral of the same cross section as that of the core. internal annular, arranged so that the aforementioned alternating current windings are housed in the annular space between the two cores, the magnetic circuit being completed by rings made, preferably, of stacked sheets, or wound in a spiral,
and provided above and below the inner and outer annular cores, so as to completely enclose the AC windings. We thus obtain an annular magnetic circuit.
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When closed in water, the planar flow passes through the inner core and one of the rings and returns through the outer core and the other ring, constituting a closed main magnetic circuit of large section and short length.
The composite core is suitably clamped or otherwise held and the excitation winding (s) are wound in the form of a toroidal coil around the entire circumference of the composite annular core, so as to establish a second fully closed magnetic circuit of smaller section and of greater length. It should be noted that the primary magnetization is radial and the additional excitation tangential - the two kinds of lines of force circulating in the same medium or matter, simultaneously but following paths perpendicular to each other or transverse.
The respective positions of the main and excitation windings can be swapped if desired, but the advantage of the proposed arrangement is that the additional excitation is applied in the direction of the greater permeability of the material used. and following a seamless circuit, and that the junction surfaces of the elements constituting the composite core are in the same plane as the additional excitation flux, therefore having no influence on the latter.
It should also be noted that the entire section of the composite assembly comprising the return path of the alternating primary flow is available for the passage of the additional excitation flow and, like the section of the main flow circuit in the radial direction can be considerably greater than its section in the transverse or tangential direction, the excitation flux is therefore much lower than the primary or main alterna.tif flux that it must control.
Since with the arrangement according to the present invention there is no inductive coupling between the primary and additional excitation windings, great freedom is available.
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in the way of connecting the windings.:? of excitement between them. For example, in applications to networks, three-phase, the excitation windings can be mounted separately or collectively, and in the latter case, they can be connected to each other in series or in parallel or in any other way, in always remaining protected from any induction effect.
The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which:
FIG. 1 shows the arrangement of a composite magnetic circuit intended for apparatus of the type described used in single-phase or three-phase circuits.
FIG. 2 shows another embodiment comprising three composite magnetic circuits united in a multiple assembly for three-phase operation.
. Figures 3 and 3A show modifications of the embodiment of Figure 2.
The figure shows the main winding and the excitation winding of a two-circuit morophase device like the one in figure 1.
FIG. 5 shows the main winding and the excitation winding of a cheated apparatus comprising three pairs of circuits like. lafigure 1 and intended for an alternating current excitation.
FIG. 6 shows an embodiment as in. Figure 5, but intended for direct current excitation only or its equivalent.
Figure 7 shows the main winding and the excitation winding of a three-phase apparatus comprising a row of units as in figure 2 or 3, intended only for direct current excitation or its equivalent.
FIG. 8 shows the embodiment used for a saturation reactor or a magnetic amplifier.
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The f-Lu'o 1 repi-i'rt-nte a form of rnanéC circuit: cq. with its winding ?, compost 'of an inner core, annular A of the type wound back from which a primary winding is wound
Pl, surrounded itself possibly] ement of a secondary winding SI.
An outer directory core A1 of annular cross section equivalent to that of core A is also provided, so that the alternating current windings are housed in the annular space between the two cores. Rings C1 and C2 of the desired cross section are placed above and below the annular cores A and A1 as shown, so as to completely enclose the AC windings and form a composite assembly of annular shape. The path followed by the primary flow in the closed circuit thus obtained is represented by the arrows with two points. The cross section of the circuit followed by this primary flow must be made as regular as possible by giving the different parts the desired proportions.
The complete assembly is suitably clamped or otherwise held, and one or more excitation windings H are wound toroldally, the turns of which surround the composite assembly and produce, therein, a field in the direction indicated by arrows at a point. For the. facility, the drawing represents the whole with a cutout, but it goes without saying that the rings constituting the composite assembly are continuous and entirely closed. The main flux and the excitation flux act at right angles, each in a completely closed circuit, both flux or varying parts of each flux being able to pass through all of the same magnetic material simultaneously.
No main primary flux passes through the excitation winding which is at right angles to the plane of its turns or vice versa, and the windings are therefore entirely non-inductive with respect to each other, which makes it possible to use any type of current desired for the excitation. An apparatus intended for single-phase operation comprises two composite magnetic circuits, each like that shown in FIG. 1.
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The excitation winding rI elu1 is at the winding rate (1 double axis used in the case of divided magnetic circuits or to a common excitation winding embracing divided magnetic circuits.
FIG. 2 represents another embodiment of the invention for three-phase current, in which a saving in magnetic material is made compared to the case where the equivalent number of circuits of the type represented in FIG. 1 is used.
In this embodiment, three annular cores A, A1 and A2 are mounted concentrically between rings C1 and C2 made of stacked sheets, and the assembly is suitably wedged.
The three magnetic circuits thus formed are excited by primary windings P4 and P5 which surround the annular cores Al and A respectively and are housed in the annular spaces between the cores, while the remaining primary winding is divided into two equal parts P3A and P3B, one of these parts going, with the winding P4, into the annular space occupied by the latter, and the other part going with the winding P5.
The two half-windings are connected in series and arranged so as to magnetize the annular cores A and Al in opposite directions, so that the flux due to the two half-windings flows, for example; up in the Al core and down through the other two cores A and A2 or vice versa at any time, while the fluxes due to the windings P4 and P5 descend into the Al and A cores and back up in the A2 and Al cores respectively, as indicated in Figure 1 by the double-pointed arrows.
When secondary windings are used, these are mounted concentrically with their associated primary windings, as previously indicated.
The connections of the windings are made, in the various embodiments shown, using wire ;: passing through the slots W pratioupes in the rings C1, C2, etc.
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FIG. 3 represents an embodiment using four rings C1, C2, C3 and C4. Two annular cores A and Al soht mounted between the rings C1 and C2, two annular cores A2 and A3 are mounted between the rings C2 and C3, and two annular cores
A4 and A5 are mounted between the rings C3 and C4, constituting three
Superimposed annular compartments each containing a primary winding as shown in P5, P4 and P3.
If desired, secondary windings are therefore mounted centrally to their associated primary windings, in the manner already described.
A multiple device of this kind corresponds to three devices of the type shown in Figure 1, but only four rings are needed instead of six, as would be the case if independent units were used.
FIG. 3A shows another embodiment in which only four rings A, A1, A2, A3 and three rings C1, C2, C3 are used. The primary windings are arranged as in Figure 2, one of the windings being divided into two equal parts P3A and P3B, the first being mounted concentrically to the primary winding P5 in the same annular compartment, while the second is housed with the primary winding P4.
The multiple magnetic circuit construction of the invention is characterized by saving on magnetic material and, to some extent, on winding.
A toroldal winding H6 embraces the entire circuit section in the multiple magnetic circuits of Figures 3 and 3A, and produces an excitation flux in the tangential direction, as indicated by the arrows at one tip.
By using additional transverse excitation, as the present invention provides, great freedom is enjoyed in the choice of application methods. Circuits can be energized by alternating current sources and therefore
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point of view, the adaptations of the device to three-phase operation can be made by circuits with individual excitations - from current sources having the same phase arrangements as the main or primary excitation that they must control, the windings of excitation then being grouped in star or delta so as to adapt to the orientation of the primary excitation.
If, on the contrary, multiple magnetic circuits are used, these can obviously only be excited in direct current, since it is necessary to take into account the primary excitations of three different phases. @
When necessary, feedback excitation can be applied to magnetic circuits of the type proposed in the invention, adding, for the desired purpose, the necessary additional excitation windings.
If the AC windings are arranged as shown, some magnetic field can be produced in the hollow in the center of the apparatus, since all the space surrounded by the inner winding is subject to the effects of. its magnetizing force. This magnetic field can be confined in the same iron of the magnetic circuit on condition of introducing a copper tube Z in the central hole 'of the composite assembly. This tube has the effect of a short-circuited coil, and any leakage flow that enters the central space produces a circulating current in the tube, the magnetizing force of which pushes the leakage flow back inside the tube. magnetic circuit, where it should be.
This tube, although not shown in Figures 1, 3 and 3A, can also be used in these embodiments, if desired, The tube can be introduced into the complete assembly, after winding the excitation winding H, or it can be slid, without play and so as to be flush at both ends, in the assembled core, the excitation winding then being wound so that its turns pass inside the copper tube ; the latter process is more efficient.
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In the type of magnetic circuit shown, where the primary or main flux flows radially outwards and returns radially inwards, it is good that the cross section of the entire magnetic circuit followed by the flux is as regular as possible; we can, for example ^? to give the annular cores of larger diameter a thickness less than those of smaller diameter, so as to have an equal annular cross section. Likewise, the thickness of the upper and lower rings must decrease when the diameter increases, this aui can be done, in the case of simple composite assemblies, by using stacked sheets of which the outside diameter decreases progressively.
The last remark is only of importance if the excitation windings are wound inside the core, and not toroldally outside.
Instead of using upper and lower rings of varying thickness, the same result can be obtained by using stacked sheets pierced with slots of suitable length, arranged at suitable distances from the center and of width W, as shown in Figure 2. This solution is interesting because it allows to ventilate the winding which would otherwise be hermetically sealed, and gives less access to exit the connections. These slots can also be used to introduce bolts to hold the rings and join the core parts.
Angle-shaped M recessed rings, made of bakelite, mica or other suitable insulating material, may cover the inner and outer corners or edges of the composite assembly, so that the toroldal winding is well insulated and does not block the ventilation slots or notches drilled in the upper and lower rings,
If fixing means are used to join or mount the parts of the composite core, the aforementioned insulating rings can be divided into sectors of suitable length, the winding.
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of excitation noting wound at 1, - 'place of the sectors.
Figure 4 against a way of arranging The windings of an inductive device composed of a pair of circuits, each like that shown in Figure 1. Primary windings: res p1 and P2 are provided on the two circuits, wound concentrically - ment to the annular cores A and A1 of figure 1 in each case and connected in series between the network lines Ll and L2, tandi: that the additional excitation windings H and Hl are toroldally wound on the respective magnetic circuits, as shown in H in figure 1.
These latter windings are placed in series at the terminals of a power source XY and are additionally excited using a potentiometer K, or the equivalent, giving a variable output voltage, or else the potentiometer can be replaced by a switch J which sets, or removes this output voltage. In its closed position, the switch J short circuits the excitation winding H1 and applies the full excitation voltage to the winding H which saturates the circuit it surrounds.
For clarity of the drawing, the secondary windings have been omitted, but if any are used they are wound around the primary windings and concentrically to the corresponding magnetic circuits.
In the case of three-phase operation, six magnetic circuits are used in two groups of three.
In FIG. 5, primary windings P5 and P15, P4 and P14, P3 and Pi3 are wound on circuits of the type shown in FIG. 1. These windings are mounted concentric with their corresponding cores and with any possible secondary winding. Each pair of series windings is connected respectively between line L1 and neutral N, L2 and N, L3 and N.
The additional excitation windings H5 and H15, H4 and H14, H3 and H13 are toroldally wound around each composite sembla, as in H in figure 1. The windings
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excitation of each pair are connected in series with a self Ql,
Q2, Q3 respectively, and each series group is connected between your line L1 and the. neutral N, L2 and N or L3 and N in star, each pair being connected to a potentiometer K1, K2 and K3 respectively.
The three potantiometers are mounted on the same one. axis and controlled simultaneously, the cursor being connected each time to the junction point of the two excitation windings of a pair so that the excitation is applied complementarily between the circuits of each pair, passing from the saturation point of one or the other circuit in the case of equality of the two excitation states which corresponds to the stop position.
In this case, the excitation can be provided by sources of alternating current with voltage between phase and neutral such as
Represented either by any suitable voltage from a step-down transformer or the like, or from a separate source. The selfs
01, Q2 and Q3 are used to limit the current when either of the field windings is saturated.
The potentiometers can be replaced with single control switches J1, J2 and J3, taking the form of a three-pole switch which simply turns on or off the output voltage instead of adjusting it.
It should be noted that where an alternating current excitation is used, the source which supplies it must be in phase with the primary excitation to which it is applied and that it is therefore necessary to give the same phase as the primary phase to the corresponding additional excitation source, and where the primary windings are star-mounted, also mount the excitation windings in star, these being delta-connected if the primary windings are.
FIG. 6 represents an embodiment similar to the previous one but adapted to direct current excitation or its equivalent. Here, the windings, excitation H5, H4 and H3 are connected in series as a group, while the windings
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H15, H14 and H13 are connected in series in another group. The two groups of windings are connected in series to the terminals of a source of direct X-Y excitation voltage or its equivalent, that is to say a suitably filtered rectifier which is connected to a three-phase, six-phase or single-phase source.
The junction point of the two groups of windings is connected to the cursor of the potentiometer K placed at the terminals of the excitation voltage source.
By moving the cursor of the potentiometer, the additional excitation can be applied in addition to the two groups of circuits so as to be able to vary the proportion of common primary flux taken by each pair of circuits as already described and to be able to completely adjust the voltage at the terminals of the circuits. main windings.
If the excitation windings of each group of circuits in Figure 6 are connected in series, they do not have to be in a specific order because they are entirely non-inductive with respect to the primary magnetization and because they are do not take into account a vector sum of the three-phase voltages.
These excitation windings can therefore be common or indivisible dual, and in the latter case, they can be placed in series. Or in parallel, as is best presented.
Figure 7 shows an embodiment equivalent to that of Figure 6, but usable with two multiple circuits of the type shown in Figure 2. The primary windings P5, P4 and P3 as well as any secondary windings are surrounded by a winding common excitation H6. Likewise, the primary windings P15, P14 and P13 and any secondary windings are surrounded by a similar common excitation winding H7. Each primary winding of a group is connected in series with its counterpart of the other group, the windings P5 and P15, P4 and P14, P3 and Pi3 being put in series by respective conductors 20, 21, 22 and mounted, in groups, star
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respectively between line L1 and neutral N, line L2 and N, line L3 and N.
The excitation is applied additionally using a potentiometer K or a control switch J and can only be supplied by a direct current source, or the equivalent.
FIG. 8 represents a saturation reactance or magnetic amplifier using a single circuit of the type represented in FIG. 1 with a convergent series excitation winding PO wound concentrically around the annular core A and connected in series with a load W, to network lines Ll and L2.
Additional excitation windings H2, H3 are toroldally wound as in H in figure 1. These windings are shown in the form of interlocking sections, but they can also be wound in layers, provided they are insulated from one of them. the other * The primary flux can be reduced or eliminated, by varying the additional excitation applied to the winding H2 by the potentiometer K placed at the terminals of the excitation source X - Y, the winding - H2 excitation ment being connected by the conductor 14 to the line X and by the conductor 15 to the cursor of the potentiometer K, as usual in saturation reactance technique.
The winding H3, connected, between the conductors 16 and 17, can be used as a bias or feedback winding with other possible separate similar windings.
This embodiment can be applied to reactors. saturated three-phase using three circuits like the one in Figure 8, and the arrangement would be similar to the arrangement of one of the groups of circuits shown in Figures 5, 6 and-7, the other group being replaced by the three branch circuits of the load circuit complete the star or delta connection. The three circuits can be excited, as in figure 8, by an excitation winding specific to each circuit, or by a common winding embracing the three circuits as in one of the circuits.
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groups of figure 7; in the latter case, the excitation must be provided by a direct current source, or the equivalent.
CLAIMS
1.- An electromagnetic control apparatus characterized in that it comprises a magnetic circuit with two flow paths perpendicular to each other and windings for exciting the magnetic circuit in the directions of the two flow paths.