CH620054A5

CH620054A5 -

Info

Publication number: CH620054A5
Application number: CH1560076A
Authority: CH
Inventors: Adrian Orton Newbould
Original assignee: Gen Electric Co Ltd
Priority date: 1975-12-12
Filing date: 1976-12-10
Publication date: 1980-10-31
Also published as: IN146540B; GB1557463A; FR2335026B1; FR2335026A1; US4092582A; SE438064B; DE2655986A1; SE7613843L

Description

La présente invention concerne un dispositif de couplage électro-magnétique. Elle vise en particulier un dispositif de couplage destiné à connecter des relais de protection aux transducteurs de courant primaires d'une installation de transport de force en courant alternatif. D'une façon plus particulière, l'invention concerne un dispositif de couplage électromagnétique apte à fournir une tension de sortie représentative du courant d'entrée.

Classiquement, un transformateur de courant, muni d'une charge résistive convenable, est utilisé lorsqu'un tel agencement de couplage doit être établi. Toutefois, lorsqu'il est nécessaire de pouvoir commander et établir à une valeur requise la phase de la tension de sortie par rapport au courant d'entrée, les agencements connus en question ne donnaient pas satisfaction puisque, bien qu'une telle commande puisse être obtenue en faisant varier la charge résistive, la tension de sortie pour un courant d'entrée prédéterminée varie grandement avec les modifications de phase.

Ainsi, la présente invention a notamment pour but de fournir un dispositif de couplage électro-magnétique avec lequel la variation de la tension de sortie due à des modifications de phase soit au moins réduite.

Conformément à l'invention, ce but est atteint par la présence, dans le dispositif de couplage électro-magnétique, des caractères énoncés dans la première revendication.

Les caractères énoncés dans les revendications ultérieures, et en particulier ceux qui sont énoncés dans la seconde revendication, définissent certaines formes d'exécution particulièrement avantageuses par la qualité des performances qu'elles permettent d'atteindre en pratique.

De préférence, les rapports entre les différents enroulements sont établis de façon telle que, lorsque la résistance variable varie de l'infini à zéro et fait suivre à la pointe d'un vecteur représentant le flux variable un lieu géométrique en forme de demi-cercle, le vecteur représentant la résultante des composantes de flux fixe et variable a son origine au centre du lieu semi-circulaire et ce lieu est suivi par la pointe du vecteur. De cette façon, on assure très adéquatement une valeur constante de la tension de sortie par rapport au courant d'entrée, quel que soit le décalage de phase entre eux.

Dans différentes formes d'exécution, les enroulements couplés magnétiquement peuvent être sans fer ou peuvent comprendre des noyaux ferro-magnétiques pour améliorer le couplage électro-magnétique. Ces noyaux ferro-magnétiques peuvent avantageusement comporte des entrefers.

L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple et dans lequel:

la figure 1 est un schéma de circuit d'un dispositif de couplage électromagnétique selon l'invention;

la figure 2 représente divers vecteurs destinés à expliquer le fonctionnement d'un dispositif de couplage selon l'invention;

la figure 3 est une coupe transversale des trois circuits représentés schématiquement sur la figure 1;

la figure 4 est le schéma de circuit d'un autre dispositif de couplage électromagnétique selon l'invention;

la figure 5 est le schéma de circuit d'un autre dispositif de couplage électromagnétique selon l'invention; et la figure 6 est une coupe transversale des trois circuits représentés schématiquement sur la figure 5.

Comme le montrent les figures 1 et 2, le dispositif de couplage comprend un premier circuit 1 connecté à une source de courant alternatif 2 et comprenant des enroulements 3 et 4 en série. Un second circuit 5 comprend un seul enroulement 6 connecté à deux bornes de sortie 7 et 8. Un troisième circuit 9 comprend des enroulements 10 et 11 connectés en série avec une résistance 12 qu'il est possible de faire varier entre zéro et l'infini.

Un noyau ferromagnétique 13 comprenant un entrefer 14 est disposé de façon à améliorer le couplage magnétique entre l'enroulement 3 du premier circuit 1 et l'enroulement 10 du troisième circuit 9. Un noyau 15, comprenant un entrefer 16, est disposé de façon à améliorer le couplage magnétique entre l'enroulement 11 du troisième circuit 9 et l'enroulement 6 du second circuit 5. Il est destiné aussi à améliorer le couplage magnétique entre l'enroulement 4 du premier circuit 1 et l'enroulement 6 du second circuit 5.

Le dispositif de couplage fonctionne de la façon décrite ci-après et donne aux bornes de sortie 7 et 8 une tension alternative exempte de tension continue transitoire, d'une amplitude s

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sensiblement constante et d'une relation de phase prédéterminée par rapport à un courant alternatif d'entrée que la source 2 de courant alternatif fait passer dans le premier circuit 1. Lorsque le courant alternatif d'entrée passe par le premier circuit 1, le flux magnétique engendré par le courant passant dans l'enroulement 4 le couple à l'enroulement 6 du second circuit 5. Le courant alternatif d'entrée passant dans l'enroulement 3 engendre un flux magnétique qui le couple à l'enroulement 10 et qui provoque le passage d'un courant dans le troisième circuit 9. Le flux magnétique engendré par le courant passant dans l'enroulement 11 du troisième circuit 9 le couple à l'enroulement 6 du second circuit 5.

Le flux magnétique couplant l'enroulement 4 du premier circuit 1 et l'enroulement 6 du second circuit 5 dépend de paramètres de ces circuits réalisés de façon que ce flux magnétique soit sensiblement constant. Ce flux magnétique constant est représenté par le vecteur 17 sur la figure 2. Le flux magnétique qui couple l'enroulement 11 du troisième circuit 9 et l'enroulement 6 du second circuit 5 dépend de paramètres de ces circuits et il est représenté par le vecteur 18 de la figure 2. II est possible de faire varier la valeur et la phase de ce dernier flux magnétique à l'aide de la résistance variable 12 de manière que le vecteur 18 suive le lieu semi-circulaire 19 pendant que la résistance varie de l'infini à zéro. Le flux résultant qui couple l'enroulement 6 du second circuit 5 peut être représenté par un vecteur (non indiqué) dont l'origine est un point situé le long du diamètre du lieu semi-circulaire 19.

Si l'on fait en sorte que la valeur du vecteur 17 soit égale au rayon du lieu 19, l'origine 21 du vecteur 20 qui représente le flux résultant est située au centre d'un cercle dont le lieu semi-circulaire 22 fait partie. Le flux résultant induit la tension alternative de sortie aux bornes du second circuit 5. En conséquence, la valeur de cette tension de sortie, aux bornes 7 et 8, reste sensiblement constante tandis que son angle de phase varie de 180° par rapport au courant alternatif d'entrée,

lorsque la valeur de la résistance 12 varie. Ce mode de réalisation de l'invention est particulièrement utile pour connecter un relais de protection à un transducteur de courant primaire d'une installation de transport de force en courant alternatif. Dans ce cas, le transducteur remplace la source de courant 2 et le circuit du relais de protection est connecté aux bornes de sortie 7 et 8.

La figure 3 représente un dispositif comprenant deux noyaux ferromagnétiques 13,15 sensiblement en forme de C et disposés dos à dos. Ils sont équipés de bobineaux 23, 24 montés sur les branches comportant les entrefers 14 et 16 L'enroulement 10 du troisième circuit 9, bobiné sur le bobi-neau 23, est entouré par l'enroulement 3 du premier circuit 1. L'enroulement 6 du second circuit 5, bobiné sur le bobineau 24, est entouré par l'enroulement 11 du troisième circuit 9 qui lui-même est entouré par l'enroulement 4 du premier circuit 1. La résistance variable 12, non représentée, est un élément séparé connecté en série avec les enroulements 10 et 11.

Il est inutile que les enroulements 4, 6 et 11 soient disposés sur un seul noyau ferromagnétique et, dans le dispositif de la figure 4, l'enroulement 11 du troisième circuit et un enroulement 25 du second circuit 5 sont disposés sur un noyau ferromagnétique 26 comprenant un entrefer 27, tandis que l'enroulement 4 du premier circuit 1 et un enroulement 28 du second circuit 5 sont disposés sur un noyau ferromagnétique 27 comprenant un entrefer 28.

Dans le dispositif de couplage de la figure 4, le flux variable induit une tension alternative aux bornes de l'enroulement 25 du second circuit 5, tandis que le flux constant induit une tension alternative aux bornes de l'enroulement 28 du second circuit 5. Du fait que les deux enroulements 25 et 28 du second circuit 5 sont connectés en série aux bornes de sortie 7, 8, une tension de sortie alternative correspondant au flux résultant est produite à ces bornes de sortie 7 et 8.

Dans le dispositif de couplage sans fer représenté sur la figure 5, un premier circuit 1 comprenant un seul enroulement est connecté à une source de courant alternatif 2 et un second circuit 5 ne comprenant aussi qu'un seul enroulement est monté entre les bornes de sortie 7 et 8. Un troisième circuit 9 ne comprend à nouveau qu'un seul enroulement en série avec une résistance variable 12. Les trois enroulements 1, 5 et 9 sont couplés magnétiquement de la façon indiquée par les flèches à double tête.

Le dispositif de couplage sans fer fonctionne de la façon décrite ci-après et donne, aux bornes de sortie 7 et 8, une tension alternative exempte de tension continue transitoire, d'une amplitude sensiblement constante et d'un relation de phase prédéterminée par rapport à un courant alternatif d'entrée que la source 2 de courant alternatif fait passer dans le premier circuit 1. Lorsque le courant d'entrée passe par le premier circuit 1, le flux qu'il engendre dans ce circuit et qui le couple au second circuit 5 est sensiblement constant. Il est représenté par le vecteur 17 de la figure 2. Le courant alternatif d'entrée passant dans le premier circuit 1 engendre également un flux magnétique qui le couple au troisième circuit 9 et qui provoque le passage d'un courant dans ce dernier. Il est possible de faire varier en valeur et en phase le flux magnétique engendré par le courant passant dans le troisième circuit 9 et le couplant au second circuit 5, à l'aide de la résistance variable 12. Ce flux magnétique est représenté par le vecteur 18. La résultante du flux constant et du flux variable induit la tension alternative de sortie aux bornes du second circuit 5.

Comme indiqué plus haut, on peut faire en sorte que la valeur du vecteur 17 soit égale au rayon du lieu semi-circulaire 19 afin que l'origine 21 du vecteur 20 qui représente le flux résultant soit située au centre d'un cercle dont le lieu 22 fait partie. En conséquence, la tension alternative aux bornes 7 et 8 reste sensiblement constante tandis que son angle de phase varie de 180° par rapport au courant d'entrée alternatif, lorsqu'on fait varier la valeur de la résistance 12.

Dans le dispositif représenté sur la figure 6, le premier circuit 1, disposé sur un bobineau 32, est entouré par le troisième circuit 9. Le second circuit 5, également disposé sur le bobineau 32, entoure le troisième circuit 9. La résistance variable 12, non représentée, est un élément séparé connecté en série avec le troisième circuit 9. Un réglage supplémentaire des couplages magnétiques des trois circuits 1, 5 et 9 peut être effectué en modifiant les diamètres relatifs du second circuit 5 et du premier circuit 1 et en remplissant ensuite l'intervalle qui les sépare par le troisième circuit 9.

Dans les dispositifs de couplage décrits plus haut, le déphasage entre la tension alternative de sortie et le courant alternatif d'entrée est de 180°. Cependant, en inversant la polarité du second circuit 5, dans chaque cas, il est possible de produire un déphasage correspondant aux deux autres quadrants du cercle dont le lieu semi-circulaire 22 fait partie. De plus, en modifiant le rapport entre les valeurs des flux couplés par les trois circuits, il est possible de déplacer l'origine 21 du vecteur de flux résultant le long du diamètre du cercle dont le lieu semi-circu-laire fait partie. Toutefois, c'est en établissant cette origine 21 au milieu de ce diamètre qu'on obtient un module constant pour le vecteur 20; lorsque l'origine 21 s'écarte du milieu du diamètre, la constance du module du vecteur se détériore.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux dispositifs décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention.

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1. Dispositif de couplage électro-magnétique, caractérisé en ce qu'il comprend un premier circuit (1) comprenant au moins un enroulement destiné à recevoir un courant alternatif d'entrée, un second circuit (5) comprenant au moins un enroulement destiné à fournir entre des bornes une tension de sortie, le second circuit étant couplé au dit premier circuit de façon telle que, en réponse à un courant d'entrée prédéterminé, se trouve établie dans ce second circuit une composante de flux d'amplitude fixe ayant un angle de phase prédéterminé par rapport au courant d'entrée, et un troisième circuit (9) comprenant au moins un enroulement couplé à la fois au dit premier circuit et au dit second circuit et auquel est raccordée une résistance variable (12) de façon telle que, en réponse à un courant d'entrée prédéterminé, se trouve établie dans le second circuit une composante de flux dont l'amplitude et l'angle de phase varient par rapport au courant d'entrée d'une façon inverse relativement à la valeur de cette résistance variable, le tout de façon telle que la relation de phase entre le courant d'entrée et la résultante desdites composantes de flux fixe et variable, et par là la relation de phase entre le courant d'entrée et la tension de sortie, soit commandée par la dite résistance variable.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rapports des nombres de spires du dit ou desdits enroulements du troisième circuit (9) et dudit ou desdits enroulements des premier et second circuits (1,5) sont tels que la composante de flux variable varie avec la valeur de la résistance variable d'une manière telle que la pointe d'un vecteur (18) représentant la dite composante de flux variable suive un lieu substantiellement semi-circulaire (19), l'origine de ce vecteur étant à une extrémité du diamètre de ce lieu semi-circulaire, et le rapport des nombres de spires entre le ou les enroulements du premier circuit et le ou les enroulements du second circuit (5) est tel que l'amplitude de ladite composante de flux fixe (17) est égale au rayon dudit lieu semi-circulaire de façon que la résultante de ces composantes fixe et variable soit représentée par un vecteur (20) dont la pointe suit ledit lieu semi-circulaire et dont l'origine (21) se trouve au centre d'un diamètre de ce lieu, et que, de ce fait, la tension de sortie ait une amplitude constante pour un courant d'entrée prédéterminé, alors que ladite résistance variable est amenée à varier.

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REVENDICATIONS

3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'agencement des enroulements des circuits couplés comprend au moins un noyau ferro-magnétique (13,15) pour favoriser ou augmenter les couplages.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit noyau ferro-magnétique est pourvu d'un entrefer d'air (14, 16).

5. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'agencement des enroulements des circuits couplés est à noyau d'air.