[0001] 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.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] Selon un premier mode de réalisation particulière de l'invention, ce transformateur
de contrôle peut être couplé à un transformateur traditionnel comportant N tours au
primaire et N
2 tours au secondaire, N
1 et N
2 étant choisis de façon à respecter l'inéquation

[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] On peut également monter les trois transformateurs de contrôle ou les trois transformateurs
traditionnels en une seule unité.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] 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.
[0015] 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.
[0016] La présence d'une ouverture dans la région contenant les espaces magnétiques communs
améliorera également les performances.
[0017] Evidemment, l'absence de ces caractéristiques réduira seulement l'efficacité du transformateur,
sans en annuler les performances.
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] Le primaire 15 du transformateur de contrôle 11, comprenant n
1 tours, est connecté en série avec le primaire 21 du transformateur traditionnel 13
comprenant N
1 tours. Une source de tension alternative 25 est connectée aux bornes des primaires
15 et 21. On y mesure la tension Vp.
[0022] Le secondaire 17 du transformateur de contrôle 11, comprenant n
2 tours, est connecté en série avec le secondaire 23 du transformateur traditionnel
13, comprenant N
2 tours. Une charge 27 est connectée aux bornes des secondaires 17 et 23. On y mesure
la tension Vs.
[0023] Il est à signaler que, dans le cas de ce transformateur à rapport variable, il faut
que

soit différent de

En effet, si

est égal à

le courant de contrôle n'a pas d'effet sur la tension de la charge.
[0024] 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.
[0025] Le courant de contrôle Ic circulant dans l'enroulement de contrôle 9 est aussi mesuré.
[0026] 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
[0027] Tension de saturation sur N
1 = 500V (environ)
[0028] Tension de saturation sur n1 = 65V
Vp = 100 Volts
Vs mesuré en Volts
Ic mesuré en Amp-tours c.c.
[0029] 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.
[0030] 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 N
3 tours et une prise 37 à N
4 tours. Une prise de retour 39, à l'entrée du secondaire du transformateur de contrôle,
est aussi prévue. n
1, n
29 N
1, N
29 N
3 et N
4 sont choisis de façon à respecter les conditions suivantes :

Il est à remarquer l'inversion des signes d'inégalité pour N
2 et N
49 de façon à inverser l'action de la partie capacitive par rapport à l'action de la
partie inductive. L'égalité dans le cas de N
3 permet de mettre une charge qui ne subisse pas l'influence du courant de contrôle.
[0031] 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).
[0032] 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.
[0033] 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.
[0034] Selon la plage de régulation requise, l'enroulement tertiaire 19 peut être utilisé
ou omis.
[0035] La prise à N
3 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.
[0036] 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.
[0037] Dans ce montage, le transformateur à rapport variable se présente comme une seule
unité.
[0038] Une tension Vp est appliquée au primaire, et un courant Ip est mesuré.
[0039] Le courant continu Icc fourni par une source Vcc est appliqué à un enroulement de
contrôle.
[0040] Du côté du secondaire, des prises V
1, V
2, V
3 et N correspondent aux prises 33, 35, 37 et 39 du circuit de la figure 4.
[0041] L'inductance est traversée par le courant I
L, la charge résistive R par Ir et le condensateur C par Ic.
[0042] Un échelon de tension est appliqué à la source Vcc, fournissant le courant de contrôle,
durant 5 cycles environ. Les résultats suivants ont été enregistrés :

Modification de l'angle du facteur de puissance arrière : 0 à 35°
[0043] Comme on peut le constater, dès que l'échelon est appliqué, les courants inductif
I
L 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.
1. Transformateur de contrôle comportant un premier circuit magnétique fermé, formé
d'un premier noyau ferromagnétique (3) à travers lequel circule un champ magnétique
alternatif, ledit premier noyau ferromagnétique (3) 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
(7), à travers lequel circule un champ magnétique à courant continu réglable,
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.
2. Transformateur à rapport variable,
caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur (13) de type traditionnel comportant
un enroulement primaire de K1 tours et un enroulement secondaire de N
2 tours, et un transformateur de contrôle (11) tel que défini dans la revendication
1, dont l'enroulement primaire (n
1) est relié en série à l'enroulement primaire (N
1) du transformateur traditionnel et l'enroulement secondaire (n
2) est relié en série à l'enroulement secondaire (N
2) du transformateur traditionnel, lesdits enroulements primaire et secondaire des
transformateurs traditionnel et de contrôle étant choisis de façon que le rapport

soit différent du rapport

, lesdits enroulements primaire et secondaire formant ensemble le primaire et le secondaire
dudit transformateur (11) à rapport variable, ledit rapport étant contrôlé par le
courant dudit champ magnétique continu.
3. Transformateur à rapport variable pour circuit triphasé,
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.
4. Transformateur à rapport variable pour circuit triphasé selon la revendication
3,
caractérisé en ce que les transformateurs (11) de contrôle sont montés en une seule
unité, l'enroulement (9) de contrôle étant unique.
5. Transformateur à rapport variable pour circuit triphasé selon la revendication
3 ou 4,
caractérisé en ce que les transformateurs traditionnels (13) sont montés en une seule
unité.
6. Compensateur statique à bascule,
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 N
2 tours et une seconde prise à un nombre de tours N
4 inférieur à N
2 sur l'enroulement secondaire de transformateur traditionnel (31, fig.4), n
l, n
2, N
1, N
2 et N
4 étant choisis de façon que

un condensateur (C) relié d'un côté à l'une (33) des prises et de l'autre côté à l'entrée
du secondaire (n
2) du transformateur de contrôle (11); et une inductance (L) reliée d'un côté à l'autre
(37) des prises et de l'autre à l'entrée du secondaire (n
2) du transformateur de contrôle.
7. Compensateur statique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le transformateur
à rapport variable comporte une troisième prise (35) à un nombre de tours N3 compris
entre N
2 et N4 sur l'enroulement secondaire de son transformateur traditionnel (31), N
3 étant choisi de façon à respecter l'équation
8. Compensateur statique pour circuit triphasé, caractérisé en ce qu'il comprend un
compensateur statique selon la revendication 6 ou 7 pour chacune des phases, les transformateurs
de contrôle comportant chacun un enroulement tertiaire (19), lesdits enroulements
tertiaires (19) des trois transformateurs de contrôle étant reliés en delta.
9. Transformateur selon la revendication 1, où lesdits espaces magnétiques communs
ont des ouvertures.
10. Transformateur selon la revendication 1, où les noyaux forment des anneaux et
comprennent une série de feuilles de tôle concentriques et tangentes aux anneaux.
11. Transformateur selon la revendication 1, où la section droite du premier noyau
est inférieure à celle du second noyau.
12. Transformateur selon la revendication 1, où le premier noyau est fait de deux
demi anneaux fixés sur le second noyau.
13. Compensateur statique selon la revendication 6, où ladite inductance est variable.