Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
6~
La prés~nte invention a pour objet un transformateur de
controle qui peut être no-tamment utilise comme ou pour la
réalisation d'un transformateur a rapport de transformation
variable ainsi que pour la réalisation d'un compensateur statique
a bascule.
Plus précisement, la présente invention a pour objet
un transformateur de controle appliquant le principe général de
l'inductance variable pour circuits monophasés et triPhas~s
déja décrite dans la demandecanadienne cle breve-t no. 313/~21
déposée le 20 octobre 1978 au nom de la demanderesse.
~ l a maintenant été découvert qu'en dotant le noyau
principal de l'inductance variable décri-te dans cette demande
d'un enroulement supplémentaire, il é-tait possible d'étendre
considérablement la gamme d'application de cette invention
en particulier pour les circuits triphasés.
La présente invention concerne donc un trans-formateur
de contrôle qui peut avantageusement être utilisé tel quel
comme transformateur a rapport variable et qui peut
également être cou~]e a un transformateur traditionnel de
fac,on a diminuer la charge que doit supporterle transformateur
de con-trole.
Le transformateur de controle selon l'invention comporte:
- un premier circuit magnétique fermé, formé d'un
premier noyau ferromagné-tique à travers lequel circule un
champ magnétique alternatif, ce premier noyau ferromagnétique
supportant un enroulement primaire de nl tours et un enroulement
secondaire de n2 tours, et
- un second circuit magnétique ferme, formé d'un second
noyau ferromagnétique, à travers lequel circule un champ
magnétique a courant continu réglable.
: ~ . .
` ~
ii3$~
Selon l'invention,les premier et second cixcuits
magnétiques sont disposés l'un par rapport à l'autre de sorte
a 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 prédeterminee par
l'intensite du champ magnétique à couran-t continu du second
circuit et ainsi contrôler Ia permeabilite clu premier circuit
magnétique au champ alternatif.
Selon un premier mode de réalisation particulière de
l'invention, ce transformateur de controle peut e~,re couple ,
à un transformateur traditionnel comportant Nl tours au primaire
et N2 tours au secondaire, Nl et N2 etant choisis de fa~on a
respecter l'inequation N2 ~ n2 ~ Les primaires et secondaires
Nl nl
respectifs sont relies en serie, formant ainsi les primaire etse-
,condaire d'un transformateur a rapport variable capable desupporter de fortes charges.
Ce type de transformateur a rapport variable peu-t être
utilise dans un circuit triphase. Dans ce cas, un transformateur
a rapport variable est employe pour chaque phase. Des enroulements
tertiaires peuvent etre ajoutés aux transformateurs de controle.
Ces enroulements ont pour effet de filtrer le ~lux de 3eme
harmonique si le transformateur est utilise dans sa zone de
saturation. ',
On peut egalement monter les trois transformateurs de
controle ou les trois transformateurs traditionnels en une seule
unite.
Selon un second mode de realisation particuliere de
l'inventionren ajoutant une prise au secondaire du transformateur
a rapport variable precedemment decrit~on peut constituer un
compensateur statique ayant un temps de reponse très court.
2 -
- " ~
Le compensateur statique à bascule selon l'.invention
ainsi comprend:
- un transformateur à rapport variable présentant une
premiere prise a N2 tours et une seconde prise a un nombre de
tours N~ inférieur a N2 sur l'enroulement secondaire du trans-
formateur traditionnel, nl, n2, Nl, N2, et N4 étant choisis de
façon a ce que N2 ~ n2 et N~ ~ n2 ;
Nl nl Nl
- un condensateur relié d'un cote à l'un~.des prises
et de l'autre côte a l'en-trée du secondaire du transformateur
de controle; et
- une inductance reliee d'un cote a l'a~tre des prises
et de l'autre~ l'entr~e du secondaire du transformateur de
controle.
La présente invention sera mieux comprise au moyen de
la description d'exemples de réalisation donnés a titre non-
limitatif. Cette description sera faite en référence aux dessins
annexés ou:
la figure 1 représente une vue developpée de la circon-
Eerence d'un transformateur de con-trole pour circuit triphasé
seloh l'inven-tion;.
la figure 2 représente une phase d'un transformateur
a rapport variable selon l'invention;
la figure 3 représen-te un graphique donnan-t les résultats
dlune appiication du transformateur a rapport variable illustré :
sur la figure 2;
la figure 4 représente une phase d'un compensateur
statique a bascule selon l'inven-tion;
la figure 5 représente les connections a une phase du
compensateur statique illustré sur la figure 4; et
la figure 6 represen-te un oscillogramme montran-t les
resul-tats d'une application du compensa-teur selon llinvention.
'~';V `_. G
~ - 3 -
3~
Le transformateur de controle illustré sur la fiyure 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 controle 7 perpen-
diculaire aux jambes 3. Du point de vue mécanique, le noyau 1
peut etre séparé en plusieurs blocs afin d'en faciliter la
construction, tel que décrit en détail dans la demande de brevet
no. 313,821 ci-dessus men-tionnée.
Le -transformateur de controle comprend trois enroulements
primaires A~A', B-B' et C-C' ettrois 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 tertia;res4, reliés en delta, peuvent être
employés pour filtrer le 1ux de troisième harmonique, si
le transformateur doit travailler en zone de saturation.
Un enroulement de controle 9 entoure le noyau de
controle 7. Ce transformateur de controle fonctionne de façon
semblable à l'inductance variable décrite dans la demande
313,871 en co-instance. On peut ainsi faire varier l'inductance
du circuit alternatif et par conséquent le rapport de transforma-
tion du trans~ormateur en variant le courant circulant dans
l'enroulement de controle 9.
Le transformateur de controle illustré sur la figure 1
peut etre utilisé pour la réalisation d'un transformateur à
rapport variable capable de sup?orter de fort~schar~es~ Ce trans-
formateur a 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 sur la figure 2, dans un but de simpli-
fication.
Le pr.imaire 15 clu transforrllate-lr de contrôle 11,
comprenarlt nl tours~ est connecté en séri.e avec le primaire 21
du transfcrmateur traditionnel 13 comprenant Nl 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 ~u transformateur de contrôle 11,
comprenant n2 tours, es-t connecté en série avec le secondaire
23 du transformateur traditionnel 13, comprenant N2 tours. ~ne
charge 27 est connectée aux bornes des secondaiLes 17 et 23. ~ ~
10 On y mesure la tension Vs. ~ -
Il est à signaler que, clans le cas de ce t.ransfor- ~:
rnateur à rapport variable, il ~aut que N2 soit différent de
n2 ~
_
nl
En effet, si N2 est égal à n2, le courar;t de contrôle
Nl nl
nla pas d'effet sur la tension de l.a charge.
Le tertiaire 19 du transforlllateur de contrôle 11 peut
être connecté en delta avec le tertiaire des autres phase (non-
représentées), selon la ~l.age de follctionnement du transformateur.
~ette connectiotl permet cle réclu:ire l~ :f:L~lx de tro.isièmc? ~ :
harmollique.
Le courant cle contrôle Ic circulant dans l'enroule-
ment de contrôle 9 est aussi mesuré~
Un graphique de la tension Vs en :Eonction du courant
de contrôle Ic est présenté sur la :Ei~ure 3 pour diverses
charges.Pour ~ réalisatiorl de ce gra~)hique, on a utilisé un
transformateur à rapport variable dont les prima;.res étaient
3n ~onnectés en Y avec neutre à l.a masse et les secondairesen Y
avec neutre f:Lottant. Ies tertiaires étaient ouverts et les
condit}ons expér:lmelltales les suivantes:
....
-- S~
i7
N - 1
__
Nl
n = 0.4 n = 48
nl nl = 120
Tension de saturation sur Nl = 500V (environ)
Tension cie saturatioll sur nl = 65V
Vp = 100 Volts
Vs mesuré en Volts
Ie mesuré en Amp-tours e.e~
On peut voir, sur les eourbes, que la tension Vs
mesurée au seeondaire varie s~l.on la grancleur du eourant
cle eont:role Ie. I:l est aussi à remarc~ller que la nature
cai)cle:i.t:i.ve ou inciluetive de la eharcJe a une :in.Eluenee sur le
sells de :La var:i.ation.
Tel qu'illustré sur .La F:ig~ ~ :Le transforma-teur
à rapport variable préeédemment déerit peut être appliqué à la
( réaiisa-tion d'un eornpensateur statique à baseule 29. Le
com~pensateur 29 eomprend un trans:Eo:rmateur ee eontrole 11 tel
2~) que préeédemment cléerit et un transformateur traditionnel 31
présentant une prise 33 à N2 tours, urle prise 35 a N~ tours et
l~lle pr:ise 37 à N4 tours. Une prise cle reto-lr .39 à ]. entr~.e
clu secondai.re (lu Irans~ormatell.r cic eontrô:Le ~s-t aussi prévue.
nl n2, Nl, N2, N3 et N4 sont eholsis cle façorl à respee-ter les
eonditions su;vantes :
N2 n2 N3-~2 N4 n~
N1 nL N:L nl N~L n~
11 est a rcmarquer l. inver-iioll cles S:igllC'S d'inéyalité
pour N~ et N~ cle rac;on à inversc?r l aetion cle La partie eapa-
3() eitive par rapport à llaetion de la par-tie induetive. Llégalité
eans le eas de N3 perTnet de mett:re une eharge qui ne subisse .
pas llinfluenee clu eourant cle eontrole~
2~
Un condensateur i~e C est relié à la prise 33 et une
inductance fixe L à l.a 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
capaci~ fet une diminu-tion 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~
ln Selon la plage de régulation requise, l'enroulement
tertiaire 19 peut etre utilisé ou omis. `
La prise à N3 tours du compensateur statique permet ~ .
la connection d'une charge qui ne subirait pas l'influence du
courant de controle. De cette facon, 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 osciliogramme
en illustrant les résultats apparait à la figure 6~ .. -.
Dans ce montage, le transformateur à rapport variable .
20 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 contrôleO
Du côté du secondaire, des prises Vl, V2, V3 et N
correspondent aux prises 33, 35, 37 et 39 du circuit de la ~
fi.gure 4. .
L'inductance est traversée par le courant IL, la charge
résistive R par Ir et le condensateur C par Ic.
Un éche]on de tension est appli.qué a la source Vcc,
fournissant le courant de controle, durant 5 cycles environ.
Les résultats suivants ont été enregistrés :
. . ; . . ~ .:
5~
Temps de réponse : 1 cycle
Augmentation du courant inductif: 70%
Variation du courant de la charge résistive: 0%
Diminution du courant capacitif: 35~
Modification de l'angle du facteur de puissance: O à 35
arrière
Comme on peut le constater, dès que l'échelon est
appliqué, les courants inductif IL et capacitif Ic chanyent
immédiatement. Il en résulte une variation de llangle du
racteur de puissance. Ce compensateur est donc fonctionnel.
De plus, on constate que le couran-t Ir de la charge résistive
n'a pas changé. Il est donc possible d'utiliser le même appa-
rei] à la fois comme compensateur et comme transformateur de
puissance.
8-
