FR2466090A1

FR2466090A1 - Linearly variable reactance - has short-circuited secondary coils wound on magnetic core displaceable from primary, and closed magnetic circuit to vary reactance

Info

Publication number: FR2466090A1
Application number: FR7923981A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-09-26
Filing date: 1979-09-26
Publication date: 1981-03-27

Abstract

The variable reactance comprises a primary coil surrounded by a closed magnetic circuit and a rod of iron leaves forming a magnetic core. The rod has a number of circular grooves formed in its surface, in which a number of short-circuited secondary coils are wound. The coils have a small number of turns. Axial displacement of the core, from within the primary to a position where the secondary coils are all outside the primary, increases the primary reactance from a minimum to a maximum. A modified reactance has a semi-circular toroid primary with a central axial opening through which an annular core wound with secondary coils can be moved.

Description

L'invention concerne une réactance variable et plus particulièrement une réactance dont la valeur peut être modifiée de façon progressive et qui reste linéaire, c'est-à-dire n'introduit pas de déformation de 11 onde de courant0
Dans de nombreuses applications où l'on doit introduit une impédance variable dans un circuit à courant alternatt il est, notamment pour des considérations de consommation d'énergie, souhaitable de pouvoir utiliser une réactance variable plutôt que par exemple une résistance variable.The invention relates to a variable reactance and more particularly a reactance the value of which can be modified gradually and which remains linear, that is to say does not introduce any deformation of the current wave 0
In many applications where a variable impedance must be introduced into an alternating current circuit, it is, in particular for energy consumption considerations, desirable to be able to use a variable reactance rather than for example a variable resistance.

Mais on ne connaît pas actuellement de réactance variable permettant de balayer une plage de réglage étendue, de façon continue et avec une réponse linéaire.However, there is currently no known variable reactance making it possible to scan a wide adjustment range, continuously and with a linear response.

L'invention se propose de combler cette lacune et elle y parvient en prévoyant une bobine de réactance constituée par le primaire d'un transformateur dont le secondaire est fermé sur lui-même et en disposant des moyens de déplacement relatif entre le secondaire et une partie au moins du reste du transformateur, de manière à modifier le nombre de spires du secondaire traversées par un flux magnétique circulant dans le circuit magnétique du transformateur. The invention proposes to fill this gap and it achieves this by providing a reactance coil constituted by the primary of a transformer whose secondary is closed on itself and by having means of relative movement between the secondary and a part at least from the rest of the transformer, so as to modify the number of secondary turns through which a magnetic flux circulates in the magnetic circuit of the transformer.

Dans la réalisation la plus simple, le secondaire est en court-circuit. In the simplest embodiment, the secondary is short-circuited.

Le secondaire est avantageusement porté par une pièce magnétique mobile faisant partie du circuit magnétique du transformateur. Le secondaire peut alors notamment être inséré dans des encoches de cette pièce magnétique mobile. Le déplacement de cette pièce magnétique mobile est, de préférence, tel que le circuit magnétique du transformateur ne soit pas géométriquement modifié et que ce déplacement n'affecte pratiquement que la portion de secondaire intéressée par le flux magnétique. The secondary is advantageously carried by a mobile magnetic part forming part of the magnetic circuit of the transformer. The secondary can then in particular be inserted into the notches of this mobile magnetic part. The displacement of this mobile magnetic part is preferably such that the magnetic circuit of the transformer is not geometrically modified and that this displacement practically affects only the secondary portion interested in the magnetic flux.

Cette pièce magnétique mobile est de préférence un noyau magnétique autour duquel est placé le primaire du transformateur. Ce noyau magnétique peut notamment être constitué par un barreau droit déplaçable dans le sens de sa longueur. This mobile magnetic part is preferably a magnetic core around which the primary of the transformer is placed. This magnetic core can in particular be constituted by a straight bar movable in the direction of its length.

Le circuit magnétique du transformateur comporte alors avantageusement une coulasse fixe en deux pièces en U
disposées de part et d'autre du noyau de manière que
le noyau ferme les deux U, tandis que le primaire passe
à l'intérieur des deux U et entoure le noyau, les dimen
sions extérieures du primaire pouvant être de préférence
égales ou légèrement inférieures aux dimensions
intérieures du U. Un circuit comportant un seul U peut
également convenir.The magnetic circuit of the transformer then advantageously comprises a fixed slide in two U-shaped parts
arranged on either side of the core so that
the nucleus closes the two U, while the primary passes
inside the two U's and surrounds the nucleus, the dimen
external elements of the primary which can preferably be
equal or slightly smaller than the dimensions
interior of the U. A circuit with a single U can
also agree.

Une autre solution avantageuse consiste dans une
construction comportant une pluralité de barreaux, chacun muni d'un enroulement secondaire disposé dans des encoches.Another advantageous solution consists in a
construction comprising a plurality of bars, each provided with a secondary winding arranged in notches.

Une bobine primaire est disposée autour de chaque enroulement secondaire. Le circuit magnétique est fermé par des barres transversales, dont une au moins est mobile, permettant le mouvement relatif du secondaire par rapport au primaire. Ainsi, on peut sortir le secondaire totalement
ou partiellement du primaire. Cette solution diminue la partie de la culasse servant exclusivement à faire circuler
le flux magnétiqueyd'où diminution de poids.A primary coil is arranged around each secondary winding. The magnetic circuit is closed by transverse bars, at least one of which is movable, allowing the relative movement of the secondary relative to the primary. So we can get out of high school completely
or partially from primary. This solution reduces the part of the cylinder head used exclusively to circulate
the magnetic flux, hence the decrease in weight.

La solution triphasée par exemple comportera trois barreaux munis d'un enroulement secondaire et la partie de la culasse servant exclusivement à faire passer le flux
sera réduite à deux barres transversales dont l'une au moins est mobile.The three-phase solution for example will include three bars with a secondary winding and the part of the cylinder head used exclusively to pass the flow
will be reduced to two crossbars, at least one of which is movable.

La pièce magnétique mobile peut avoir une toute autre forme et notamment constituer un tore qui tourne autour de son axe, deux régions fixes et opposées de l'espace occupé par le tore étant magnétiquement directement reliées l'une à l'autre. Evidemment, le primaire devrait épouser la forme du secondaire. The movable magnetic part can have any other shape and in particular constitute a torus which rotates around its axis, two fixed and opposite regions of the space occupied by the torus being magnetically directly connected to each other. Obviously, the primary should follow the form of the secondary.

I1 est parfois avantageuxspour augmenter la réactance de fuite du secondaire et ainsi améliorer les caractéristiques de régulation, d'installer dans le circuit mag rétique un shunt magnétique à entrefer. L'entrefer permet d'éviter le phénomène de saturation de la partie concernée. It is sometimes advantageous to increase the leakage reactance of the secondary and thus improve the regulation characteristics, by installing a magnetic shunt to be gap in the magnetic circuit. The air gap makes it possible to avoid the saturation phenomenon of the part concerned.

Ce shunt est essentiellement placé sur le secondaire et il peut être complétement en dehors du circuit du transformateur.This shunt is mainly placed on the secondary and it can be completely outside the transformer circuit.

On va donner, à titre non limitatif, des exemples de réalisation de la présente invention en se référant aux dessins joints dans lesquels: la Fig.1 représente en élévation et coupe partielle un premier mode de réalisation de la réactance selon l'invention; la Fig.2 est une vue analogue, pour une autre position de réglage de la réactance; la Fig.3 représente en élévation et coupe partielle un deuxième mode de réalisation de la réactance selon l'invention; la Fig.4 représente en élévation et coupe partielle une bobine de réactance du genre de celle de le Fig.1, avec shunt magnétique; la Fig.5 représente une construction comportant deux barreaux et un circuit magnétique de forme rectangulaire dont la Fig.6 montre une coupe partielle selon A-A; la Fig.7 représente schématiquement la construction d'une réactance triphasée. We will give, without limitation, embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings in which: Fig.1 shows in elevation and partial section a first embodiment of the reactance according to the invention; Fig.2 is a similar view, for another position for adjusting the reactance; Fig.3 shows in elevation and partial section a second embodiment of the reactance according to the invention; Fig.4 shows in elevation and partial section a reactance coil of the kind of that of Fig.1, with magnetic shunt; Fig.5 shows a construction comprising two bars and a magnetic circuit of rectangular shape whose Fig.6 shows a partial section along A-A; Fig.7 schematically shows the construction of a three-phase reactance.

Sur la Fig.1, on voit un transformateur qui se compose d'un enroulement secondaire 1 en court-circuit monté sur un noyau magnétique 2 pouvant se déplacer dans le sens de sa longueurs d'un enroulement primaire 3 dont les bornes sont celles de la réactance variable et d'une culasse fixe 4 fermant le circuit magnétique.In Fig.1, we see a transformer which consists of a secondary winding 1 in short circuit mounted on a magnetic core 2 which can move in the direction of its length of a primary winding 3 whose terminals are those of variable reactance and a fixed yoke 4 closing the magnetic circuit.

On a représenté cet ensemble très schématiquement car il est réalisé selon les techniques bien connues de construction des transformateurs, sa particularité consistant dans la mobilité du noyau 2 porteur d'un enroulement 1 en court-circuit. La culasse 4 se compose de deux parties en forme de U constituant avec le noyau 2 un circuit magnétique fermé.This assembly is shown very schematically because it is produced according to well-known techniques for constructing transformers, its particular feature consisting in the mobility of the core 2 carrying a winding 1 in short circuit. The cylinder head 4 consists of two U-shaped parts constituting with the core 2 a closed magnetic circuit.

L'enroulement secondaire 1, a faible nombre de spires de préférence, est logé dans des encoches ménagées dans une partie du noyau 2 en fer feuilleté; cette technique est inusitée dans la construction des transformateurs, mais sa réalisation ne présente pas de difficultés, le logement d'enroulements dans des encoches étant bien connu dans d'autres domaines de l'électrotechnique.The secondary winding 1, preferably with a small number of turns, is housed in notches formed in a part of the core 2 of laminated iron; this technique is unusual in the construction of transformers, but its realization does not present any difficulties, the housing of windings in notches being well known in other fields of electrical engineering.

On n'a pas figuré les dispositifs de guidage du noyau 2 dans son déplacement longitudinal. Leur rôle consiste à empêcher les déplacements transversaux indésirables.The guiding devices for the core 2 have not been shown in its longitudinal displacement. Their role is to prevent unwanted transverse movements.

Tout mécanisme simple et connu par ailleurs peut convenir. Any simple mechanism known elsewhere may be suitable.

Le noyau 2 glisse dans la culasse 4. Les deux pièces sont en contact métallique pour diminuer l'entrefer. Il convient d'assurer un serrage au moyen de liaisons souples ( par exemple par un ou des ressorts) de la culasse contre le noyau. La réalisation d'un tel serrage ne représente aucune difficulté du point de vue technique. La force de serrage doit être suffisante pour éviter des vibrations,
Un traitement des surfaces de glissement ou une lubrification peuvent être prévus pour diminuer le frottement.The core 2 slides in the cylinder head 4. The two parts are in metallic contact to reduce the air gap. It is advisable to ensure a tightening by means of flexible connections (for example by one or springs) of the cylinder head against the core. Achieving such tightening does not represent any difficulty from the technical point of view. The clamping force must be sufficient to avoid vibrations,
A sliding surface treatment or lubrication can be provided to reduce friction.

Le déplacement du noyau 2 peut être effectué de manières très diverses. S'il s'agit d'un a!iustage initial de réactance, le réglage peut être fait à la main ou par servo-moteur. S'il s'agit d'un réglage dynamique, le déplacement du noyau 2 sera assujetti par un moyen de transmission mécanique à un organe mobile de commande. The displacement of the core 2 can be carried out in a variety of ways. If this is an initial reactance adjustment, the adjustment can be made by hand or by servo motor. If it is a dynamic adjustment, the displacement of the core 2 will be subject by a mechanical transmission means to a mobile control member.

Dans le cas de la Fig.1, l'enroulement secondaire t se trouve en totalité sur le passge du flux total. In the case of Fig.1, the secondary winding t is located entirely on the passge of the total flow.

On a alors la réactance variable minimale, presque égale à zero, puisque la réactance de fuite, qui représente le flux magnétique se refermant en dehors du circuit magnétique principal du transformateur, est très faible.We then have the minimum variable reactance, almost equal to zero, since the leakage reactance, which represents the magnetic flux closing outside the main magnetic circuit of the transformer, is very low.

Au contrairedans le cas de la Fig.2, l'enroulement secondaire est en partie sorti du circuit magnétique principal, la réactance de fuite est grande et sa valeur rapportée au secondaire est considérablement augmentée du fait que celui-ci a moins de spires actives. Ce double effet permet d'obtenir une augmentation progressive de la réactance variable quand on déplace le noyau 2 de manière à faire sortir peu à peu l'enroulement 1 du circuit magnétique principal. Quand le secondaire est complétement sorti et se trouve en dehors du circuit magnétique du primaire, alors la valeur de cette réactance atteint le maximum. Seul, le courant de magnétisation passe par le bobinage primaire (réactance). La valeur de ce courant dépend du matériau et de la réluctance magnétique du circuit. Généralement, comme pour tous les transfo rmateurs le courant de magnétisation n'est pas sinusoidal, à moins qu'on ne travaille sur la partie linéaire de la courbe d'aimantation ( ce que l'on ne fait pas pour ne pas augmenter le poids). Unlike in the case of Fig. 2, the secondary winding is partly out of the main magnetic circuit, the leakage reactance is large and its value related to the secondary is considerably increased because it has fewer active turns. This double effect makes it possible to obtain a progressive increase in the variable reactance when the core 2 is moved so as to gradually bring out the winding 1 from the main magnetic circuit. When the secondary is completely out and is outside the magnetic circuit of the primary, then the value of this reactance reaches the maximum. Only the magnetization current passes through the primary winding (reactance). The value of this current depends on the material and the magnetic reluctance of the circuit. Generally, as with all transformers, the magnetization current is not sinusoidal, unless we are working on the linear part of the magnetization curve (which we do not to increase the weight ).

Sur la Fig.3 où l'on a donné aux éléments jouant un rôle analogue à celui des éléments de la Fiv.1, la meme référence qu'à ceux-ci, mais majorée de 10, un enroulement secondaire 11 en court-circuit-est monté sur une partie d'un tore magnétique 12 qui peut tourner autour de son axe et qui passe dans un enroulement primaire 13 prévu sur une étendue circonférentielle correspondant environ à la portion bobinée du tore 12. Une culasse magnétique 14 fixe réunit magnétiquement deux régions diamétralement opposées du tore 12. In Fig. 3 where the elements playing a role similar to that of the elements of Fiv. 1, the same reference as to these, but increased by 10, a secondary winding 11 in short circuit -is mounted on a part of a magnetic toroid 12 which can rotate around its axis and which passes through a primary winding 13 provided over a circumferential extent corresponding approximately to the wound portion of the torus 12. A fixed magnetic yoke 14 magnetically joins two diametrically opposite regions of the torus 12.

La Fig.4 représente une réalisation similaire à celle de la Fig.1, mais avec adjonction d'un shunt magnétique 5 à entrefer. Cette disposition permet d'augmenter la réactance de fuite et de mieux assurer la linéarité de la caractéristique de la régulation. Fig.4 shows an embodiment similar to that of Fig.1, but with the addition of a magnetic shunt 5 to gap. This arrangement makes it possible to increase the leakage reactance and to better ensure the linearity of the characteristic of the regulation.

Dans l'exemple de la Figes on a disposé deux barreaux droits parallèles 22,32 réunis à leurs extrémités par deux barres transversales 26,27 qui ferment le circuit magnétique, la barre 27 étant mobile relativement aux barreaux0 Chacun des barreaux porte dans des encoches un enroulement secondaire 21 ,31 et il est entouré par un enroulement primaire fixe 23,33 Une barre 25 servant de shunt magnétique est montée, de manière mobile aussi, sur les barreaux 22 et 32 avec interposition d'un isolant magnétique 28 comme on le voit sur la Fiv. 6. In the example of FIGS, two straight parallel bars 22, 32 are placed, joined at their ends by two transverse bars 26, 27 which close the magnetic circuit, the bar 27 being movable relative to the bars. Each of the bars carries in slots a secondary winding 21, 31 and it is surrounded by a fixed primary winding 23.33 A bar 25 serving as a magnetic shunt is mounted, also in a mobile manner, on the bars 22 and 32 with the interposition of a magnetic insulator 28 as seen on the Fiv. 6.

Dans le cas de la Fig.7, la réactance variable est triphasée et comporte trois enroulements primaires 23,33 et 43 entourant chacun un barreau droit 22,32,42 qui porte un enroulement secondaire non visible sur la figure. Les trois barreaux sont réunis à leurs extrémités par des barres telles que les barres 26,27 et 25 de la figure 5. In the case of Fig.7, the variable reactance is three-phase and has three primary windings 23,33 and 43 each surrounding a straight bar 22,32,42 which carries a secondary winding not visible in the figure. The three bars are joined at their ends by bars such as bars 26, 27 and 25 in FIG. 5.

De nombreux essais ont montré l'étendue de la plage de réglage de la réactance variable que lton peut parcourir tout en conservant la linéarité de la régulation. Numerous tests have shown the extent of the variable reactance adjustment range that can be traversed while maintaining the linearity of the regulation.

Les quelques réalisations que lton a données en exemple ne constituent qu'une faible illustration des nombreuses variantes auxquelles se prête l'invention, notamment dans le choix de la pièce magnétique mobile portant l'enroule- ment secondaire, dans sa forme, dans son mode de déplacement, dans la constitution du circuit magnétique, dans Le montage de ltenroulement secondaire, dans sa constitution, dans son circuit de fermeture, etc.... Le transformateur peut être monophasé ou polyphasé suivant les besoins de l'utilisation. La réactance, objet de l'invention,peut servir, par exemple, à réguler le courant. The few embodiments which lton has given as an example only constitute a weak illustration of the numerous variants to which the invention lends itself, in particular in the choice of the mobile magnetic part carrying the secondary winding, in its form, in its mode. displacement, in the constitution of the magnetic circuit, in the mounting of the secondary winding, in its constitution, in its closing circuit, etc. The transformer can be single-phase or polyphase according to the needs of the use. The reactance, object of the invention, can be used, for example, to regulate the current.

Claims

1 - Variable reactance coil constituted by the primary of a transformer whose secondary is closed

on itself, characterized in that it comprises means of relative displacement between the secondary and a

part at least of the rest of the transformer, so as to modify the number of secondary turns crossed by a flux circulating in the magnetic circuit of the transformer.

2 - Variable reactance coil according to claim 1,

characterized in that the secondary is short-circuited.

3 - Variable reactance coil according to claim

1 or 2, characterized in that the secondary is carried by a movable magnetic part forming part of the magnetic circuit of the transformer.

4 - Variable reactance coil according to claim 3, characterized in that the secondary is inserted in the notches of this mobile magnetic part.

5 - Variable reactance coil according to claim 3 or 4, characterized in that the displacement of the movable magnetic part does not modify the geometry of the magnetic circuit of the transformer.

6 - Variable reactance coil according to one of claims 3,4 and 5, characterized in that this movable magnetic part is a -magnetic core around which is placed the primary of the transformer.

7 - Variable reactance coil according to claim 6, characterized in that this magnetic core is a straight rod and in that the magnetic circuit of the transformer comprises a fixed yoke in two U-shaped pieces arranged on either side of this bar straight so that the latter closes the two U's, while the primary passes inside the two U's.

8 - Variable reactance coil according to one of claims 3,4 and 5, characterized in that this movable magnetic piece is constituted by a plurality of parallel straight bars joined at their ends by bars of which at least one is movable , each of these bars carrying a secondary winding and being surrounded by a primary winding.

9 - Variable reactance coil according to one of claims 3 to 6, characterized in that the movable magnetic part has the shape of a torus and can rotate around the axis of this torus, two fixed and opposite regions of l space occupied by this torus being magnetically connected directly to each other.

10- Variable reactance coil according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic circuit of the transformer comprises a magnetic shunt with an air gap placed on the secondary.