Variomètre pour courants alternatifs industriels. L'objet de l'invention est un variomètre pour courants alternatifs industriels, pouvant être utilisé, par exemple, pour le réglage de la tension ou d'autres caractéristiques de ré seaux à basse tension.
Il est caractérisé en ce qu'il comporte: une carcasse en matière magnétique af fectant la forme générale d'un transformateur statique; au moins un enroulement d'excitation dis <I>posé</I> sur la carcasse sous forme d'au moins une bobine concentrée; un rotor en matière magnétique placé de façon à compléter le circuit magnétique de la carcasse; au moins un enroulement porté par le ro tor et disposé de façon à pouvoir n'être tra versé que par une partie du flux inducteur et dans lequel une force électromotrice prend naissance.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, plusieurs formes d'exécution du variomètre selon l'invention. La fig. 1 est un schéma des connexions électriques d'une première forme d'exécution, monophasée; Les fig. 2 et 3 sont une coupe verticale axiale et une élévation latérale schématique de la forme d'exécution ci-dessus; La fig. 4 est un schéma des connexions d'une seconde forme d'exécution, monophasée; La fig. 5 est un schéma des connexions électriques d'une troisième forme d'exécu tion, triphasée;
La fig. 6 est une élévation latérale sché matique de cette forme d'exécution; La fig. 7 est un schéma des connexions électriques d'une quatrième forme d'exécu tion, triphasée.
La première forme d'exécution (fig. 1 à 3) sert au réglage automatique de la tension d'un réseau monophasé à basse tension, 500 V par exemple, à 50 périodes/seconde. Elle comprend une carcasse 1 faite en tôles de fer, avant la forme d'un cadre rectangulaire et analogue à celle d'un transformateur tri- phasé à trois branches situées dans le même plan.
La branche médiane 2 a une section transversale plus grande que les deux autres, 4, 3 et présente au milieu de sa longueur un logement cylindrique 5 dont l'axe est perpen diculaire au plan contenant les trois branches de la carcasse 1; elle porte un enroulement concentré 1.2 dont les deux bobines sont mon tées en série et qui est branché en parallèle sur le réseau à régler 15, 16.
Dans le logement 5 est placé un rotor 6 qui est fait de tôles de fer et qu'on peut faire tourner dans deux paliers 7 grâce à une roue dentée 8 à denture hélicoïdale, à une vis sans fin 9 et à un moteur électrique 10. Ce rotor complète ainsi le circuit magnétique de la carcasse. I1 comporte deux encoches 17 fen dues, parallèles à son axe, diamétralement opposées et renfermant un enroulement 18 composé d'un certain nombre de spires. L'en roulement 18 est intercalé en série entre les conducteurs 14, 16 du réseau d'alimentation 13-14 et du réseau à régler 15-16.
La rota tion de 6 étant de 180 au maximum, les con nexions entre les conducteurs 14, 16 et l'en roulement 1.8 sont assurées par des conduc teurs souples non représentés; ces connexions ne comportent donc ni bagues, ni balais.
Dans la branche 2 de la carcasse sont ménagées deux encoches fendues 20, 21 pa rallèles au logement 5, se trouvant dans le voisinage de celui-ci et contenant une spire 22 se fermant sur elle-même par des flasques 23 portant les paliers 7 du rotor 6.
Le fonctionnement de la forme d'exécution décrite est le suivant: Lorsque le courant alternatif du réseau 15-16 passe dans l'enroulement 12, il in duit dans la carcasse 1 un flux magnétique qui circule aussi dans le rotor 6. Si l'enrou lement 18 de celui-ci se trouve dans le plan vertical, il n'est traversé par aucun flux ma gnétique; aucune force électromotrice n'est donc produite en lui. Lorsqu'au contraire cet enroulement fait un angle avec le plan vertical, il est traversé par une partie du flux magnétique qui donne naissance dans cet en roulement à une force électromotrice s'ajou- tant algébriquement à la tension du conduc teur 14 pour donner la tension dans le con ducteur 16.
La grandeur de la partie captée du flux dépend de l'angle plus ou moins <B>D,</B> n a.<B>d</B> que l'enroulement 18 fait avec le plan vertical. Il en est de même de la force électro motrice induite dans cet enroulement 18-, son sens change suivant que le flux pénètre dans l'enroulement par une face ou par l'autre de celui-ci, de telle façon que la tension engen drée s'ajoute à la tension du conducteur 14 ou s'en retranche. Il est simple de se rendre compte que cette tension est en phase avec la tension primaire alimentant l'enroulement 12 et, par suite, avec celle du réseau 13-14; il s'ensuit que la tension du réseau 15-16 l'est aussi.
Le moteur 1.0 est placé sous la commande d'un dispositif mesurant la tension du réseau 15-16 et fait tourner le rotor 6 dans un sens ou dans l'autre suivant les besoins pour main tenir la tension dans ce réseau à la valeur de consigne, quelles que soient les variations de la tension du réseau 13-14 entre des limites données. Le survoltage et dévoltage maximum de la tension du réseau 13-14 de part et d'autre de la valeur de consigne sont égaux dans cette forme d'exécution.
Lorsque l'enroulement 18 est traversé par le courant allant du conducteur 14 au conduc teur 16, il produit un champ magnétique lo cal supplémentaire de fuite donnant naissance à une force électromotrice de self-induction dont l'effet est de produire une chute de ten sion considérable entre les conducteurs 14, 16; notamment, quand le courant du réseau est décalé sur la tension. La spire de court- circuit 22 est destinée à compenser cet ef fet.
Lorsque le rotor 6 a une position telle que son enroulement 18 est dans le plan vertical, le courant passant dans l'enroule ment provoque dans la spire 22 un courant égal, et de sens inverse, qui, par le flux qu'il engendre, annule, autrement dit étouffe complètement, le champ local de fuite. Par contre, quand l'enroulement 18 du rotor 6 fait un angle avec le plan vertical, cet étouf fement est moindre, mais pratiquement suf- filant. La. chute de tension mentionnée n'existe ainsi pratiquement pas.
Au lieu de n'utiliser qu'une spire 22, on peut placer plusieurs spires isolées les unes des autres, situées dans des plans verticaux c'est-à-dire dans des plans parallèles à l'ai mantation générale) et se trouvant à une cer taine distance les unes des autres. Si l'en roulement 18 du rotor 6 n'est pas exactement en regard d'une spire de court-circuit, la com pensation du champ magnétique local de fuite est réalisée par les spires immédiate ment voisines, d'une manière plus que suffi sante pour les besoins industriels. La compen sation est d'autant plus complète que le nom bre des spires de court-circuit est plus grand.
Ainsi que cela a été indiqué, la première forme d'exécution donne par rapport à la va leur de consigne de la tension un survoltage et un dévoltage égaux. La seconde forme d'exécution (fig. 4) fournit un survoltage et un dévoltage inégaux grâce au fait qu'elle possède sur la branche médiane 2 de sa car casse 1 un enroulement secondaire 24 en sé rie avec l'enroulement 18 du rotor 6 et les conducteurs 14, 16 des deux réseaux. La tension constante produite dans l'enroule ment 24 s'ajoute à la tension du conducteur 14 et à celle de l'enroulement 18 ou s'en re tranche pour donner la tension du conducteur 16.
Suivant les caractéristiques de cet enrou lement, on peut avoir un survoltage maximum et un dévoltage nul, ou un survoltage nul et un dévoltage maximum, ou encore des survol tages et des dévoltages variables entre ces limites.
La troisième forme d'exécution (fig. 5 et 6) est utilisée pour le réglage automatique d'un réseau triphasé à basse tension, 500 V, par exemple, à 50 périodes/seconde. Sa car casse 30 a également la forme générale d'un transformateur statique. Elle comprend un cadre rectangulaire présentant trois saillies intérieures 31. 32, 33 dont les surfaces po laires ou semelles sont à<B>120'</B> les unes des autres et constituent un logement cylindrique 34 dans lequel est placé le rotor 36 qui, comme dans les formes d'exécution précéden- tes, complète le circuit magnétique de la car casse. Ce rotor est mis en mouvement comme précédemment par un moteur électrique placé sous la dépendance d'un organe de mesure.
Les saillies ou pôles portent des enroule ments d'excitation 37 couplés, par exemple, en triangle et branchés sur les conducteurs 41, 42, 43 des phases du réseau à régler.
Le rotor 36 présente trôis alvéoles fendus 47 à 120 l'un de l'autre et parallèles à l'axe du logement 34. Ces alvéoles contiennent trois groupes de spires 44, 45, 46 qui vont chacun d'une encoche à l'autre, et qui sont chacun montés en série entre les conducteurs 40 et 43, 39 et 42, 38 et 41 des deux réseaux.
Des alvéoles fendus 48, ménagés dans les plans axiaux des saillies 31, 32, 33 et paral lèles au logement 34, contiennent des spires de court-circuit 49 étouffant les champs ma gnétiques locaux de fuite des trois enroule ments 44, 45, 46. ' Le fonctionnement de la troisième forme d'exécution est le suivant: Lorsque les alvéoles 47 occupent les posi tions représentées sur les fig. 5 et 6 par rap port aux saillies ou pôles 31 à 33, le flux magnétique résultant passant dans les enrou lements 44, 45, 46 est nul: donc les forces électromotrices engendrées dans ces derniers le sont aussi.
Quand les plans des. enroule ments, par contre, sont perpendiculaires aux axes des pôles, ces flux et ces forces électro motrices sont maximum. Ces dernières sont pratiquement en phase avec les tensions dans les enroulements 37 et par suite avec celles dans les conducteurs 38, 39, 40.
En effet, en faisant tourner le rotor dans le sens des aiguilles d'une montre, le flux à travers la bobine 45-46 augmente, passe par son maximum lorsque la bobine est de vant le pôle 32, et diminue ensuite jusqu'à zéro, lorsque la bobine est devant la spire 49 en court-circuit montée sur les pôles 31 et 32. Durant tout ce trajet, la force électro motrice induite de la bobine 45-46 reste en phase avec la tension d'excitation de la bo bine primaire 37 portée par le pôle 32. Si on continue le mouvement de façon à placer la bobine 45-46 devant le pôle 31, la force électromotrice induite dans 45-46 est alors en phase avec la tension dans la bobine 37 de ce pôle.
Si donc on borne la course du rotor à l'arc polaire du pôle 32, la force électromotrice in duite reste constamment en phase avec la ten sion du pôle 32, contrairement à ce qui se passe dans le régulateur d'induction classique triphasé. Un sait en effet que dans ce der nier, la force électromotrice du rotor est cons tante en grandeur, mais change d'orientation avec la position du rotor.
Le moteur de commande déplace le rotor 36 entre ces deux positions. extrêmes, suivant les indications du dispositif de mesure.
Comme dans la première forme d'exécu tion, les spires 49 compensent l'effet des champs magnétiques locaux de fuite des en roulements 44 à 46.
Selon la fig. 7, les saillies polaires por tent des enroulements secondaires 51, 52 53 en série respectivement entre les conducteurs 38 et 41, 39 et 42, 40 et 43. Les tensions constantes induites en eux s'ajoutent algé- briquement aux tensions des conducteurs 38, 39, 40 et permettent d'obtenir les survoltages et des dévoltages inégaux.
Les enroulements d'excitation pourraient aussi être couplés en étoile ou en zigzag.
Il est possible d'utiliser les formes d'exé cution décrites comme autotransformateurs, de manière à régler un réseau dont la ten sion réglée a une valeur différente de la ten sion d'alimentation, grâce aux enroulements secondaires 24 ou 51, 52 ou 53.
Ces formes d'exécution offrent divers avantages: Grâce au fait que la carcasse magnétique affecte la forme générale d'un transformateur statique et que le ou les enroulements d'exci tation est ou sont disposés sur cette carcasse sous forme de bobines concentrées, on obtient une économie importante sur le prix de re vient par rapport aux régulateurs d'induction connus, car ainsi on évite la présence d'al- véoles et de bobinages étalés pour l'enroule ment ou les enroulements d'excitation.
Le réglage de la tension du réseau ali menté a lieu de façon continue, sans saut. entre les limites prévues; elles produisent un décalage pratiquement nul dans le réseau réglé; elles ne comprennent ni contacts servant à couper ou à rétablir le passage de courant, ni bagues, ni balais; par suite elles ne donnent pas lieu à des parasites de T. S.
F. et ne sont susceptibles d'aucune usure ou détérioration; dans ces conditions, elles peuvent fonc tionner aussi souvent qu'on le désire; elles ne comprennent pas d'organes d'ac cumulation d'énergie, des ressorts, par exem ple, donnant lieu à des vibrations lors de leur fonctionnement; leur fonctionnement est aussi silencieux que celui d'un transformateur statique; elles permettent d'obtenir des dévoltages et des survoltages inégaux sans nécessiter l'adjonction de transformateur extérieur au variomètre.
Lesdites formes d'exécution pourraient servir au réglage de caractéristiques des ré seaux autres que la tension.
Elles peuvent ne pas comporter de spires de court-circuit telles que 22 ou 49.
Le variomètre selon l'invention peut éga lement servir au réglage non automatique d'un réseau, soit par commande directe à la main, soit par commande manuelle à distance.
Il peut être utilisé autrement que comme régulateur automatique ou non automatique.
Variometer for industrial alternating currents. The object of the invention is a variometer for industrial alternating currents, which can be used, for example, for the adjustment of the voltage or other characteristics of low voltage networks.
It is characterized in that it comprises: a carcass made of magnetic material affecting the general shape of a static transformer; at least one excitation winding dis <I> laid </I> on the carcass in the form of at least one concentrated coil; a rotor of magnetic material placed so as to complete the magnetic circuit of the carcass; at least one winding carried by the rotor and arranged so as to be able to be traversed only by part of the inducing flux and in which an electromotive force arises.
The appended drawing represents, by way of example, several embodiments of the variometer according to the invention. Fig. 1 is a diagram of the electrical connections of a first embodiment, single-phase; Figs. 2 and 3 are an axial vertical section and a schematic side elevation of the above embodiment; Fig. 4 is a circuit diagram of a second embodiment, single-phase; Fig. 5 is a diagram of the electrical connections of a third embodiment, three-phase;
Fig. 6 is a diagrammatic side elevation of this embodiment; Fig. 7 is a diagram of the electrical connections of a fourth, three-phase embodiment.
The first embodiment (fig. 1 to 3) is used for the automatic adjustment of the voltage of a single-phase low voltage network, 500 V for example, at 50 periods / second. It comprises a carcass 1 made of iron sheets, before the shape of a rectangular frame and similar to that of a three-phase transformer with three branches located in the same plane.
The middle branch 2 has a larger cross section than the other two, 4, 3 and has in the middle of its length a cylindrical housing 5 whose axis is perpendicular to the plane containing the three branches of the carcass 1; it carries a concentrated winding 1.2, the two coils of which are connected in series and which is connected in parallel to the network to be regulated 15, 16.
In the housing 5 is placed a rotor 6 which is made of iron sheets and which can be rotated in two bearings 7 thanks to a toothed wheel 8 with helical teeth, a worm 9 and an electric motor 10. This rotor thus completes the magnetic circuit of the carcass. It has two notches 17 fen due, parallel to its axis, diametrically opposed and containing a winding 18 composed of a number of turns. The bearing 18 is interposed in series between the conductors 14, 16 of the supply network 13-14 and of the network to be adjusted 15-16.
The rotation of 6 being 180 at most, the connections between the conductors 14, 16 and the rolling 1.8 are ensured by flexible conductors not shown; these connections therefore do not include rings or brushes.
In branch 2 of the carcass are formed two slotted notches 20, 21 parallel to the housing 5, located in the vicinity of the latter and containing a turn 22 closing on itself by flanges 23 carrying the bearings 7 of the rotor 6.
The operation of the embodiment described is as follows: When the alternating current of the network 15-16 passes through the winding 12, it induces in the casing 1 a magnetic flux which also circulates in the rotor 6. If the winding 18 thereof is in the vertical plane, it is not crossed by any magnetic flux; no electromotive force is therefore produced in it. When, on the contrary, this winding makes an angle with the vertical plane, it is crossed by a part of the magnetic flux which gives rise in this rolling to an electromotive force adding algebraically to the voltage of the conductor 14 to give the tension in the conductor 16.
The size of the captured part of the flux depends on the angle plus or minus <B> D, </B> n a. <B> d </B> that the winding 18 makes with the vertical plane. The same is true of the electro-motive force induced in this winding 18-, its direction changes depending on whether the flux enters the winding from one side or the other of it, so that the voltage generated is added to the voltage of the conductor 14 or removed from it. It is easy to realize that this voltage is in phase with the primary voltage supplying the winding 12 and, consequently, with that of the network 13-14; it follows that the voltage of the network 15-16 is also.
Motor 1.0 is placed under the control of a device measuring the voltage of the network 15-16 and turns the rotor 6 in one direction or the other as needed to keep the voltage in this network at the set value. , whatever the variations of the voltage of the network 13-14 between given limits. The maximum overvoltage and devoltage of the voltage of the network 13-14 on either side of the setpoint are equal in this embodiment.
When the winding 18 is crossed by the current going from the conductor 14 to the conductor 16, it produces an additional lo cal magnetic field of leakage giving rise to an electromotive force of self-induction, the effect of which is to produce a drop in ten considerable zion between conductors 14, 16; in particular, when the network current is shifted to the voltage. The short circuit turn 22 is intended to compensate for this effect.
When the rotor 6 has a position such that its winding 18 is in the vertical plane, the current flowing in the winding causes in the turn 22 an equal current, and in the opposite direction, which, by the flow it generates, cancels out, in other words completely suffocates, the local leakage field. On the other hand, when the winding 18 of the rotor 6 makes an angle with the vertical plane, this suffocation is less, but practically sufficient. The mentioned voltage drop thus hardly exists.
Instead of using only one turn 22, it is possible to place several turns isolated from each other, located in vertical planes, that is to say in planes parallel to the general position) and located at some distance from each other. If the rolling 18 of the rotor 6 is not exactly opposite a short-circuit turn, the local magnetic leakage field is compensated for by the immediately neighboring turns, in a more than sufficient manner. health for industrial needs. The greater the number of short-circuit turns, the more complete the compensation is.
As has been indicated, the first embodiment gives, with respect to the setpoint value of the voltage, an equal boost and a boost. The second embodiment (fig. 4) provides unequal boosting and devolving thanks to the fact that it has on the middle branch 2 of its broken car 1 a secondary winding 24 in series with the winding 18 of the rotor 6. and conductors 14, 16 of the two networks. The constant voltage produced in winding 24 adds to or breaks off the voltage of conductor 14 and that of winding 18 to give the voltage of conductor 16.
Depending on the characteristics of this winding, it is possible to have a maximum boosting and zero boosting, or zero boosting and maximum boosting, or else variable boosting and buckling between these limits.
The third embodiment (fig. 5 and 6) is used for the automatic adjustment of a three-phase low voltage network, 500 V, for example, at 50 periods / second. Its broken car 30 also has the general shape of a static transformer. It comprises a rectangular frame having three interior projections 31. 32, 33 whose polar surfaces or soles are at <B> 120 '</B> from each other and constitute a cylindrical housing 34 in which the rotor 36 is placed which , as in the previous embodiments, completes the magnetic circuit of the broken bus. This rotor is set in motion as before by an electric motor placed under the control of a measuring member.
The projections or poles carry excitation windings 37 coupled, for example, in delta and connected to the conductors 41, 42, 43 of the phases of the network to be adjusted.
The rotor 36 has three split cells 47 to 120 from one another and parallel to the axis of the housing 34. These cells contain three groups of turns 44, 45, 46 which each go from one notch to the other. , and which are each connected in series between the conductors 40 and 43, 39 and 42, 38 and 41 of the two networks.
Split cells 48, formed in the axial planes of the projections 31, 32, 33 and parallel to the housing 34, contain short-circuit turns 49 suppressing the local magnetic fields of the three windings 44, 45, 46. The operation of the third embodiment is as follows: When the cells 47 occupy the positions shown in FIGS. 5 and 6 with respect to the projections or poles 31 to 33, the resulting magnetic flux passing through the windings 44, 45, 46 is zero: therefore the electromotive forces generated in the latter are also zero.
When the plans for. windings, on the other hand, are perpendicular to the axes of the poles, these fluxes and these electro-motive forces are maximum. These latter are practically in phase with the voltages in the windings 37 and consequently with those in the conductors 38, 39, 40.
Indeed, by turning the rotor clockwise, the flux through the coil 45-46 increases, passes through its maximum when the coil is before pole 32, and then decreases to zero. , when the coil is in front of the short-circuited turn 49 mounted on the poles 31 and 32. Throughout this journey, the electro-motive force induced by the coil 45-46 remains in phase with the excitation voltage of the coil primary 37 carried by pole 32. If we continue the movement so as to place coil 45-46 in front of pole 31, the electromotive force induced in 45-46 is then in phase with the voltage in coil 37 of this pole.
If therefore we limit the stroke of the rotor to the polar arc of pole 32, the electromotive force induced remains constantly in phase with the voltage of pole 32, unlike what happens in the conventional three-phase induction regulator. It is in fact known that in the latter, the electromotive force of the rotor is constant in magnitude, but changes orientation with the position of the rotor.
The drive motor moves the rotor 36 between these two positions. extremes, as indicated by the measuring device.
As in the first embodiment, the turns 49 compensate for the effect of the local magnetic leakage fields of the bearings 44 to 46.
According to fig. 7, the pole protrusions carry secondary windings 51, 52 53 in series respectively between the conductors 38 and 41, 39 and 42, 40 and 43. The constant voltages induced in them are added algebraically to the voltages of the conductors 38, 39, 40 and make it possible to obtain the boosting and uneven boosting.
The excitation windings could also be star or zigzag coupled.
It is possible to use the embodiments described as autotransformers, so as to adjust a network whose set voltage has a value different from the supply voltage, thanks to the secondary windings 24 or 51, 52 or 53 .
These embodiments offer various advantages: Thanks to the fact that the magnetic casing has the general shape of a static transformer and that the excitation winding or windings is or are arranged on this casing in the form of concentrated coils, one obtains a significant saving in the cost of production compared to known induction regulators, since this avoids the presence of cells and spread coils for the winding or the excitation windings.
The voltage of the supplied network is adjusted continuously, without jumps. between the expected limits; they produce a practically zero offset in the regulated network; they do not include any contacts serving to cut or restore the passage of current, nor rings, nor brushes; therefore they do not give rise to T. S.
F. and are not susceptible to any wear or deterioration; under these conditions, they can operate as often as desired; they do not include energy accumulating members, springs, for example, giving rise to vibrations during their operation; their operation is as quiet as that of a static transformer; they make it possible to obtain unequal boosting and boosting without requiring the addition of an external transformer to the variometer.
Said embodiments could be used for adjusting characteristics of networks other than voltage.
They may not have short-circuit turns such as 22 or 49.
The variometer according to the invention can also be used for non-automatic adjustment of a network, either by direct manual control or by remote manual control.
It can be used other than as an automatic or non-automatic regulator.