EP0026158A1 - Transformateur à rapport variable et compensateur statique à bascule - Google Patents
Transformateur à rapport variable et compensateur statique à bascule Download PDFInfo
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Definitions
- the present invention relates to a control transformer which can be used in particular as or for the production of a transformer with variable transformation ratio as well as for the production of a static rocker compensator.
- the subject of the present invention is a control transformer applying the general principle of the variable inductance for single-phase and three-phase circuits already described in European patent application No. 79400766.6 filed on October 19, 1979 in the name of the applicant and published April 30, 1980.
- the present invention therefore relates to a control transformer which can advantageously be used as it is as a variable ratio transformer or which can be optionally coupled to a traditional transformer to form a variable ratio transformer where the load which the control transformer has to bear is dim cloud.
- the first and second magnetic circuits are arranged with respect to each other so as to define at least two common magnetic spaces in which the respective alternating and continuous magnetic fields are superposed orthogonally to orient the magnetic dipoles of the common spaces in a direction predetermined by the intensity of the direct current magnetic field of the second circuit and thus controlling the permeability of the first magnetic field circuit in alternating field.
- this control transformer can be coupled to a traditional transformer comprising N turns at the primary and N 2 turns at the secondary, N 1 and N 2 being chosen so as to respect the inequality
- the respective primary and secondary are connected in series, thus forming the primary and secondary of a variable ratio transformer capable of withstanding heavy loads.
- variable ratio transformer can be used in a three-phase circuit.
- a variable ratio transformer is used for each phase.
- Tertiary windings can be added to control transformers. These windings have the effect of filtering the flow of 3rd harmonic if the transformer is used in its saturation zone.
- the three control transformers or the three traditional transformers can also be mounted in a single unit.
- the control transformer illustrated in Figure 1 has a cylindrical core 1 whose circumference is a view developed for the purpose of simplification.
- This core 1 comprises three legs 3, two rings 5 and a control core 7 perpendicular to the legs 3. From the mechanical point of view, the core 1 can be separated into several blocks in order to facilitate its construction, as described in detail. in the above-mentioned patent application No. 79400766.6.
- the exact shape of the nucleus can be varied. However, certain specific characteristics can improve the performance of the transformer.
- the sheets will preferably be tangent to the rings forming the core, by concentric superposition of the sheets, for example.
- the bearing nuclei the continuous field will preferably cut the cores carrying the alternating field (by manufacturing the cores of the alternative in two parts fixed to the cores of the continuous, for example) or the two types of cores will intersect mutually (by alternating the two series of sheets in the common region).
- the cross section of the cores of the continuous will be equal to or greater than that of the cores of the alternative.
- the control transformer comprises three primary windings A-A ', B-B' and C-C 'and three secondary windings a-a', b-b 'and c-c'.
- Each set of primary and secondary windings is located on a particular leg 3 of the core.
- Each leg also carries a tertiary winding 4.
- These three tertiary windings connected in delta, can be used to filter the flow of third harmonic, if the transformer must work in saturation zone.
- a control winding 9 surrounds the control core 7.
- This control transformer operates in a similar fashion to the variable inductance described in co-pending application No. 79400766.6. It is thus possible to vary the inductance of the alternating circuit and consequently the transformation ratio of the transformer by varying the current flowing in the control winding 9.
- the control transformer illustrated in figure 1 can be used for the realization of a transformer variable ratio capable of supporting heavy loads.
- This variable ratio transformer 10 comprises a control transformer 11 as previously described and a traditional transformer 13.
- a single production phase with three-phase circuit is presented in FIG. 2, for the purpose of simplification.
- the primary 15 of the control transformer 11, comprising n 1 turns, is connected in series with the primary 21 of the traditional transformer 13 comprising N 1 turns.
- An alternating voltage source 25 is connected to the terminals of the primaries 15 and 21. The voltage Vp is measured there.
- the secondary 17 of the control transformer 11, comprising n 2 turns, is connected in series with the secondary 23 of the traditional transformer 13, comprising N 2 turns.
- a load 27 is connected to the terminals of the secondary 17 and 23. The voltage Vs is measured there.
- variable ratio transformer it is necessary that be different from Indeed, if is equal to the control current has no effect on the load voltage.
- the tertiary 19 of the control transformer 11 can be connected in delta with the tertiary of the other phases (not shown), depending on the operating range of the transformer. This connection reduces the flow of the third harmonic.
- the control current Ic flowing in the control winding 9 is also measured.
- variable ratio transformer can be applied to the production of a static rocker compensator 29.
- the compen sator 29 comprises a control transformer 11 as previously described and a traditional transformer 31 having a socket 33 at N2 turns, a socket 35 at N 3 turns and a socket 37 at N 4 turns.
- a return socket 39, at the secondary input of the control transformer, is also provided.
- n 1 , n 29 N 1 , N 29 N 3 and N 4 are chosen so as to meet the following conditions: Note the inversion of the signs of inequality for N 2 and N 49 so as to reverse the action of the capacitive part with respect to the action of the inductive part. The equality in the case of N 3 makes it possible to put a load which is not subjected to the influence of the control current.
- a fixed capacitor C is connected to the socket 33 and a fixed or variable inductance L to the socket 37, the return being common (socket 39).
- this arrangement behaves like a load that can take a capacitive value or an inductive value depending on the magnitude of the control current.
- the tertiary winding 19 can be used or omitted.
- the static compensator at N 3 turns allows the connection of a load which would not be influenced by the control current. In this way, the compensator can also if used, and simultaneously, as a power transformer.
- FIG. 5 An assembly illustrating the behavior of the static rocker compensator is presented in FIG. 5 and an oscillogram illustrating the results appears in FIG. 6.
- variable ratio transformer is presented as a single unit.
- a voltage Vp is applied to the primary, and a current Ip is measured.
- the direct current Icc supplied by a source Vcc is applied to a control winding.
- sockets V 1 , V 2 , V 3 and N correspond to sockets 33, 35, 37 and 39 of the circuit in Figure 4.
- the inductance is crossed by the current I L , the resistive load R by Ir and the capacitor C by Ic.
- a voltage step is applied to the source Vcc, supplying the control current, for approximately 5 cycles.
- the following results were recorded: Changing the angle of the rear power factor: 0 to 35 °
- the inductive current I L and the capacitive current Ic change immediately. This results in a variation of the angle of the factor of power.
- This compensator is therefore functional.
- the current Ir of the resistive load has not changed. It is therefore possible to use the same device both as a compensator and as a power transformer.
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Abstract
Description
- La présente invention a pour objet un transformateur de contrôle qui peut être notamment utilisé comme ou pour la réalisation d'un transformateur à rapport de transformation variable ainsi que pour la réalisation d'un compensateur statique à bascule.
- Plus précisément, la présente invention a pour objet un transformateur de contrôle appliquant le principe général de l'inductance variable pour circuits monophasés et triphasés déjà décrite dans la demande européenne de brevet No. 79400766.6 déposée le 19 octobre 1979 au nom de la demanderesse et publiée le 30 avril 1980.
- Il a maintenant été découvert qu'en dotant le noyau principal de l'inductance variable décrite dans cette demande d'un enroulement supplémentaire, il était possible d'étendre considérablement la gamme d'application de cette invention en particulier pour les circuits triphasés.
- La présente invention concerne donc un transformateur de contrôle qui peut avantageusement être utilisé tel quel comme transformateur à rapport variable ou qui peut être le cas échéant couplé à un transformateur traditionnel pour former un transformateur à rapport variable où la charge que doit supporter le transformateur de contrôle est diminuée.
- Le transformateur de contrôle selon l'invention comporte :
- - un premier circuit magnétique fermé, formé d'un premier noyau ferromagnétique à travers lequel circule un champ magnétique alternatif, ce premier noyau ferromagnétique supportant un enroulement primaire de n1 tours et un enroulement secondaire de n2 tours, et
- - un second circuit magnétique fermé, formé d'un second noyau ferromagnétique, à travers lequel circule un champ magnétique à courant continu réglable.
- Selon l'invention, les premier et second circuits magnétiques sont disposés l'un par rapport à l'autre de façon à définir au moins deux espaces magnétiques communs dans lesquels les champs magnétiques alternatif et continu respectifs se superposent orthogonalement pour orienter les dipôles magnétiques des espaces communs suivant une direction prédéterminée par l'intensité du champ magnétique à courant continu du second circuit et ainsi contrôler la perméabilité du premier circuit magnétique à champ alternatif.
-
- Les primaires et secondaires respectifs sont reliés en série, formant ainsi les primaire et secondaire d'un transformateur à rapport variable capable de supporter de fortes charges.
- Ce type de transformateur à rapport variable peut être utilisé dans un circuit triphasé. Dans ce cas, un transformateur à rapport variable est employé pour chaque phase. Des enroulements tertiaires peuvent être ajoutés aux transformateurs de contrôle. Ces enroulements ont pour effet de filtrer le flux de 3ème harmonique si le transformateur est utilisé dans sa zone de saturation.
- On peut également monter les trois transformateurs de contrôle ou les trois transformateurs traditionnels en une seule unité.
- Selon un second mode de réalisation particulière de l'invention, en ajoutant une prise au secondaire du transformateur à rapport variable précédemment décrit, on peut constituer un compensateur statique ayant un temps de réponse très court.
- Le compensateur statique à bascule selon l'invention ainsi comprend :
- - un transformateur à rapport variable présentant une première prise à N2 tours et une seconde prise à un nombre de tours N4 inférieur à N2 sur l'enroulement secondaire du transformateur traditionnel, n1, n2, N , N2 et N4 étant choisis de façon à ce que
- - un condensateur relié d'un côté à l'une des prises et de l'autre côté à l'entrée du secondaire du transformateur de contrôle; et
- - une inductance reliée d'un côté à l'autre des prises et de l'autre côté à l'entrée de secondaire du transformateur de contrôle.
- La présente invention sera mieux comprise au moyen de la description d'exemples de réalisation donnés à titre non limitatif. Cette description sera faite en référence aux dessins annexés, où
- la figure 1 représente une vue développée de la circonférence d'un transformateur de contrôle pour circuit triphasé; la figure 2 représente une phase d'un transformateur à rapport variable; la figure 3 représente un graphique donnant les résultats d'une application du transformateur à rapport variable illustré à la figure 2; la figure 4 représente une phase d'un compensateur statique à bascule; la figure 5 représente les connections à une phase du compensateur statique illustré à la figure 4; et la figure 6 représente un oscillogramme montrant les résultats d'une application du compensateur.
- Le transformateur de contrôle illustré à la figure 1 présente un noyau cylindrique 1 dont la circonférence est une vue développée dans un but de simplification. Ce noyau 1 comprend trois jambes 3, deux bagues 5 et un noyau de contrôle 7 perpendiculaire aux jambes 3. Du point de vue mécanique, le noyau 1 peut être séparé en plusieurs blocs afin d'en faciliter la construction, tel que décrit en détail dans la demande de brevet No. 79400766.6 ci-dessus mentionnée.
- La forme exacte du noyau peut être variée. Toutefois, certaines caractéristiques particulières peuvent améliorer les performances du transformateur. Les tôles seront préférablement tangentes aux anneaux formant le noyau, par superposition concentrique des tôles, par exemple. Les noyaux portant le champ continu couperont préférablement les noyaux portant le champ alternatif (en fabriquant les noyaux de l'alternatif en deux parties fixées aux noyaux du continu, par exemple) ou les deux types de noyaux s'entrecouperont mutuellement (en alternant les deux séries de tôles dans la région commune). La section droite des noyaux du continu sera égale ou plus grande que celle des noyaux de l'alternatif.
- La présence d'une ouverture dans la région contenant les espaces magnétiques communs améliorera également les performances.
- Evidemment, l'absence de ces caractéristiques réduira seulement l'efficacité du transformateur, sans en annuler les performances.
- Le transformateur de contrôle comprend trois enroulements primaires A-A', B-B' et C-C' et trois enroulements secondaires a-a', b-b' et c-c'. Chaque ensemble d'enroulements primaire et secondaire est situé sur une jambe particulière 3 du noyau. Chaque jambe porte également un enroulement tertiaire 4. Ces trois enroulements tertiaires 4, reliés en delta, peuvent être employés pour filtrer le flux de troisième harmonique, si le transformateur doit travailler en zone de saturation.
- Un enroulement de contrôle 9 entoure le noyau de contrôle 7. Ce transformateur de contrôle fonctionne de façon semblable à l'inductance variable décrite dans la demande No. 79400766.6 en co-instance. On peut ainsi faire varier l'inductance du circuit alternatif et par conséquent le rapport de transformation du transformateur en variant le courant circulant dans l'enroulement de contrôle 9.
- Le transformateur de contrôle illustré sur la figure 1 peut être utilisé pour la réalisation d'un transformateur à rapport variable capable de supporter de fortes charges. Ce transformateur à rapport variable 10 comprend un transformateur de contrôle 11 tel que précédemment décrit et un transformateur traditionnel 13. Une seule phase de réalisation avec circuit triphasé est présentée à la figure 2, dans un but de simplification.
- Le primaire 15 du transformateur de contrôle 11, comprenant n1 tours, est connecté en série avec le primaire 21 du transformateur traditionnel 13 comprenant N1 tours. Une source de tension alternative 25 est connectée aux bornes des primaires 15 et 21. On y mesure la tension Vp.
- Le secondaire 17 du transformateur de contrôle 11, comprenant n2 tours, est connecté en série avec le secondaire 23 du transformateur traditionnel 13, comprenant N2 tours. Une charge 27 est connectée aux bornes des secondaires 17 et 23. On y mesure la tension Vs.
-
- Le tertiaire 19 du transformateur de contrôle 11 peut être connecté en delta avec le tertiaire des autres phases (non représentées), selon la plage de fonctionnement du transformateur. Cette connexion permet de réduire le flux de troisième harmonique.
- Le courant de contrôle Ic circulant dans l'enroulement de contrôle 9 est aussi mesuré.
- Un graphique de la tension Vs en fonction du courant de contrôle Ic est présenté à la figure 3 pour diverses charges. Pour la réalisation de ce graphique, on a utilisé un transformateur à rapport variable dont les primaires étaient connectés en Y avec neutre à la masse et les secondaires en Y avec neutre flottant. Les tertiaires étaient ouverts et les conditions expérimentales les suivantes :
- n2 = 48
- n1 - 120
- Tension de saturation sur N1 = 500V (environ)
- Tension de saturation sur n1 = 65V
- Vp = 100 Volts
- Vs mesuré en Volts
- Ic mesuré en Amp-tours c.c.
- On peut voir, sur les courbes, que la tension Vs mesurée au secondaire varie selon la grandeur du courant de contrôle Ic. Il est aussi à remarquer que la nature capacitive ou inductive de la charge a une influence sur le sens de la variation.
- Tel qu'illustré à la figure 4, le transformateur à rapport variable précédemment décrit peut être appliqué à la réalisation d'un compensateur statique à bascule 29. Le compensateur 29 comprend un transformateur de contrôle 11 tel que précédemment décrit et un transformateur traditionnel 31 présentant une prise 33 à N2 tours, une prise 35 à N3 tours et une prise 37 à N4 tours. Une prise de retour 39, à l'entrée du secondaire du transformateur de contrôle, est aussi prévue. n1, n29 N1, N29 N3 et N4 sont choisis de façon à respecter les conditions suivantes :
- Un condensateur fixe C est relié à la prise 33 et une inductance fixe ou variable L à la prise 37, le retour étant commun (prise 39).
- En variant l'intensité du courant de contrôle dans le transformateur de contrôle, on obtient une-augmentation du courant capacitif et une diminution du courant inductif ou vice-versa.
- Vu du primaire, cet arrangement se comporte comme une charge pouvant prendre une valeur capacitive ou une valeur inductive selon la grandeur du courant de contrôle.
- Selon la plage de régulation requise, l'enroulement tertiaire 19 peut être utilisé ou omis.
- La prise à N3 tours du compensateur statique permet la connexion d'une charge qui ne subirait pas l'influence du courant de contrôle. De cette façon, le compensateur peut aussi servir, et simultanément, de transformateur de puissance.
- Un montage illustrant le comportement du compensateur statique à bascule est présenté à la figure 5 et un oscillogramme en illustrant les résultats apparaît à la figure 6.
- Dans ce montage, le transformateur à rapport variable se présente comme une seule unité.
- Une tension Vp est appliquée au primaire, et un courant Ip est mesuré.
- Le courant continu Icc fourni par une source Vcc est appliqué à un enroulement de contrôle.
- Du côté du secondaire, des prises V1, V2, V3 et N correspondent aux prises 33, 35, 37 et 39 du circuit de la figure 4.
- L'inductance est traversée par le courant IL, la charge résistive R par Ir et le condensateur C par Ic.
-
- Comme on peut le constater, dès que l'échelon est appliqué, les courants inductif IL et capacitif Ic changent immédiatement. Il en résulte une variation de l'angle du facteur de puissance. Ce compensateur est donc fonctionnel. De plus, on constate que le courant Ir de la charge résistive n'a pas changé. Il est donc possible d'utiliser le même appareil à la fois comme compensateur et comme transformateur de puissance.
Claims (13)
caractérisé en ce que lesdits premier et second circuits magnétiques sont disposés l'un par rapport à l'autre, de façon à définir au moins deux espaces magnétiques communs dans lesquels les champs magnétiques alternatif et continu respectifs se superposent orthogonalement pour orienter les dipôles magnétiques desdits espaces communs suivant une direction prédéterminée par l'intensité dudit champ magnétique à courant continu du second circuit et pour contrôler ainsi la perméabilité dudit premier circuit magnétique audit champ alternatif.
caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur (13) de type traditionnel comportant un enroulement primaire de K1 tours et un enroulement secondaire de N2 tours, et un transformateur de contrôle (11) tel que défini dans la revendication 1, dont l'enroulement primaire (n1) est relié en série à l'enroulement primaire (N1) du transformateur traditionnel et l'enroulement secondaire (n2) est relié en série à l'enroulement secondaire (N2) du transformateur traditionnel, lesdits enroulements primaire et secondaire des transformateurs traditionnel et de contrôle étant choisis de façon que le rapport
caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur à rapport variable selon la revendication 2 pour chacune de ses phases, les transformateurs de contrôle comportant un enroulement tertiaire (19), lesdits enroulements tertiaires des trois transformateurs de contrôle étant reliés en delta.
caractérisé en ce que les transformateurs (11) de contrôle sont montés en une seule unité, l'enroulement (9) de contrôle étant unique.
caractérisé en ce que les transformateurs traditionnels (13) sont montés en une seule unité.
caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur à rapport variable tel que défini dans la revendication 2, ledit transformateur à rapport variable présentant une première prise à N2 tours et une seconde prise à un nombre de tours N4 inférieur à N2 sur l'enroulement secondaire de transformateur traditionnel (31, fig.4), nl, n2, N1, N2 et N4 étant choisis de façon que
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