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Transformateur de courant continu.
Pour la mesure de courants continus élevés ou de haute tension sans shunt, il y a plusieurs possibilités- On peut par exemple mesurer le champ ma gné tique direotement par des bobines oscillantes ou des bobines tournantes ou bien le compenser dans un corps de fer entourant, totalement ou partiellement le conducteur au moyen d'un courant continu auxiliaire et mesurer le courant nécessaire pour la compensation. Le dispositif mentionné en dernier lieu se rapproche déjà du principe du transformateurlorsqu'on considère la compensation des ampères-tours primaires et secondaires comme caractéristique du transformateur de courant.
Il a été proposé en outre d'effectuer la mesure du Murant
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continu suivant le principe du transformateur de courant, suivant lequel on emploie une petite génératrice de courant continu dont le champ excitateur produit par le courant continu se compense lui-même par le courant d'induit et dont le courant d'induit est mesuré. Par suite de la nécessité d'employer une génératrice de courant continu, une semblable disposition est coûteuse et nécessite de la surveillance.
Une autre possibilité pour la mesure du courant continu consiste en ce qu'on influence la consommation de courant alternatif d'une inductance en f er par magnétisation préalable de courant fontinu. On a également indiqué à cet effet des montages qui sur la base de cet effet, permettent la mesure de courants continus élevés indirectement par l'intermédiaire d'une mesure de courant alternatif. L'inconvénient de ces dispositions consiste avant tout en une fausse interprétation magnétique suivant laquelle les propriétés de transformateur ne peuvent pas se produire. Il s'agit ici uniquement d'un ap- pareil de mesure de courant continu surtout qu'on travaille dans la zône inférieure de la caractéristique courant-tension.
Au contraire, il est possible, suivant la présente invention, de faire de l'inductance magnétisée au préalable un véritable transformateur sans qu'on emploie à cet effet des pièces mobiles ou des dispositifs auxiliaires nécessitant une surveillance. On peut ainsi obtenir par la présente invention l'indépendance du courant secondaire quant à la tension et l'erreur la plus petite possible. Ceci est produit suivant la présente invention essentiellement par le fait qu'on emploie une matière de noyau à courbe de magnétisation à allure pratiquement rectangulaire, dans la branche horizontale de laquelle se trouve la zone de travail du transformateur.
Pour la production de la courbe de magnétisation à allure approximativement rectangulaire, on emploie en particulier du fer-nickel ou des sortes de f er à propriétés analogues (hyperme). Il semble d'abord absurde qu'entre deux ampères-tours primaires de
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courant continu et des ampères-tours secondaires de courant alternatif une véritable compensation puisse se produire. L'exposé ci-dessous démontrera le contraire.
Comme on le boit à la fig. la, le noyau de transformateur consiste en deux anneaux de f er feuilletés identiques I et 2.
Chaque anneau porte plusieurs enroulements à courant alternatif 3 répartis sur sa périphérie et montés en parallèle. L'enroulement d'ensemble des deux anneaux est monté en série avec sens dtenroulement opposés. Le conducteur de courant continu 8 passe en une ou plusieurs spires à travers les deux anneaux.
On attribuera tout d'abord au fer de transformateur la courbe de magnétisation idéale représentée à la fig. 2 ; l'induction atteint par conséquent déjà pour une très petite magnétisation sa valeur maxima Bmax et s'étend, pour une magnétisation plus forte, parallèlement aux abscisses. A la magnétisation de courant continu AW1 on supposera que correspond le point P de la courbe de magnétisatioh. Si l'on applique alors à l'enroulement secondaire des anneaux suivant la fig. Ia la tension alternative U, un flux alternatif doit se superposer d&ns les anneaux au flux continu, qui correspond à la t,ension appliquée.
On supposera par exemple que dans la première demipériode, la magnétisation de courant alternatif dans l'anneau I est dirigée en opposition de la magnétisation de courant continu et que dans l'anneau 2 elle est dirigée dans le mtme sens.
Suivant la fige 2, une élévation d'induction n'est toutefois plus possible. L'anneau 2 ne peut par conséquent plus exercer aucune influence sur la limitation du courant de magnétisation, vu qu*un flux supplémentaire ne peut plus être formé. Ltanneau I se comporte autrement, dans lequel au cours de la même demipériode une diminution de flux doit se produire. Avant que la diminution de flux puisse se produire, la magnétisation préalable de courant continu AW1 doit être compensée par une magnétisation de courant alternatif de même intensité. Alors seulement se produit la formation du champ magnétique par affaiblis-
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sèment du flux continu existant, dans l'hypothèse d'une courbe de magnétisation rectangulaire,sa ns autre dépense de AW.
Dans la demi-période suivante, l'anneau 2 prend le rôle de I. Chaque anneau forme donc seulement une demi-onde de flux.
Il en résulte que le courant de magnétisation absorbé dans le cas idéal a une forme de courbe rectangulaire (fig. 2). Sa valeur maxima qui est en même temps aussi sa valeur effective correspond,,multipliée par le nombre de spires de l'enroulement secondaire, à la magnétisation de courant continu.
EMI4.1
3II (-) . Wis r-- '71 (-) wI.
Le transforma,teur a besoin, pour la production de l'effet de transformation, d'une tension alternative comme tension auxiliaire. L'élévation de la tension est toutefois, pour le fer idéal, sans influence sur le courant secondaire car on ne prend au réseau de courant alternatif que le courant de compensation.
La tension peut théoriquement varier entre les valeurs U = 0 + c 2 Bmax sans que le courant secondaire JII se modifie.
Si le transformateur a une charge R, on doit avoir Emin>JII. Z, car la puissance actuellement nécessaire, que le côté primaire ne peut naturellement pas donner, est empruntée au réseau de courant alternatif.
De même que l'indépendance de la tension, on peut démontrer également son indépendance de l'excitation.
Si l'on prend pour base d'un transformateur de courant alternatif idéal la courbe de magnétisation rectangulaire employée jusqu'à présent, le transformateur de courant continu et le transformateur de courant alternatif ont en commun les propriétés suivantes:
I.) Rapport de transformation constant (égalité des ampè- res-tours) .
2.) Indépendance de la fréquence.
3.) Indépendance de la charge.
Si l'on redresse le courant alternatif du coté secondaire
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(fig. Ib), sa forme de courbe rectangulaire dans le cas idéal donne un courant continu tout à fait exempt d'ondulations qui remplit également sans erreur la condition de l'égalité des ampères-tours.
Même de fortes distorsions de la tension alternative ne se font pas sentir de façon notable sur le courant secondaire car elles n'ont aucune influence sur la grandeur des ampères- tours de compensation. Elles déforment exclusivement le courant de magnétisation se formant spontanément qui, comme courant d'erreur dans le transformateur idéal, est infiniment petit.
Un phénomène surprenant est la tr ansmission complète du caractère onduleux du courant continu à la courbe rectangulaire du côté secondaire, qui se produit malgré le montage en opposi- tion des anneaux de transformateur (fig. 2). Il s'explique par l'inefficacité magnétique d'un anneau de transformateur chaque fois dans une demi-période et complète ainsi l'image du trans- formateur véritable.
Jusqu'à présent le transformateur a été considéré comme transformateur de courant continu véritable et on lui a attri- bué par conséquent seulement une charge ohmique 4. Si l'on re- dresse le courant secondaire suivant la forme de réalisation de la fige Ib, toute autre possibilité de charge disparait égale- ment. Il faut s'attendre à ce que pour l'application au courant secondaire non redressé d'une charge inductive, le transforma- teur ait un comportement qui ne trouve pas de parallèle dans le transformateur de courant alternatif. Dans l'hypothèse de la courbe de magnétisation idéale, le front vertical de la demide courant rectangulaire trouve en effet dans l'inductivité onde une résistance levee et doit s'aplatir quelque peu même en cas de rendement théoriquement infini du transformateur.
De ce fait est donnée également dans le cas idéal la possibilité d'une erreur de transformateur. Il est par conséquent particu- lièrement avantageux d'employer dans le courant secondaire un redresseur 5 (voir fig. Ib).
La condition de la courbe de magnétisation idéale est prati- @
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quement bien remplie par un fer à haute perméabilité, à courbe de saturation nette, comme par exemple par les alliages fer- nickel ou les matières à caractéristique analogue de magnéti- sation, par exemple l'hyperme.
Contrairement aux montages simples en série ou en parallèle connus jusqu'à présent, des dispositifs de mesure de courant continu influençant par la magnétisation préalable de courant continu l'induction du circuit alternatif, on utilise dans l'ob- jet de la présente invention, pour l'enroulement secondaire, des montages combinés en série-parallèle. Dans le cas de champs non concentriques de courant continu il se produit une action réci- proque entre le flux continu et le flux alternatif de telle sorte que l'un tend à expulser l'autre. Il se produira donc sur les parties de l'anneau saturées en flux continu un plus faible flux alternatif, ce qui s'oppose aux conditions de tra- vail du transformateur de courant et peut provoquer des erreurs considérables.
On obtient des conditions normales lorsque, sui- vant une autre proposition de la présente invention, on divise l'enroulement de courant alternatif de chaque anneau en plu- sieurs groupes de nombres de spires qui sont montés à l'inté- rieur d'un anneau en un groupe qui est monté en opposition avec un groupe correspondant de l'autre anneau. On obtient ainsi les montages visibles aux fig. 5 et 4. Dans chaque partie de l'an- neau, l'induction de flux alternatif est ainsi constante.
En cas d'intensités différentes de champs de courant continu se pro- duisant à l'intérieur de l'anneau, et qui pour de grands diamè- tres de l'anneau sont inévitables dans le système à deux conduc- teurs du courant continu, le transformateur consiste alors en une série de transformateurs de courants individuels montés en parallèle qui, en concordance avec les différents ampères-tours primaires, sont le siège de différents courants secondaires, lesquels comme somme correspondent à l' ensemble du courant continu primaire. Après l'introduction du montage en série- parallèle, le transformateur est dans une forte mesure indépen- @
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dant de sa position par r apport au conducteur de courant continu.
Si l'on conserve le simple montage en série de l'enroulement, il faut, pour éviter les inconvénients esquissés, appliquer sur chaque anneau un enroulement de compensation 6 monté en parallèle en plusieurs groupes, suivant la fig. 5.
En cas d'emploi de métal Mu, on obtient avec une dépense de matière relativement minime un transformateur qui avec une bonne capacité de charge, peut conserver une précision de ¯ 0,5 ou I %. Dans le cas d'une variation de la tension alternative appliquée d'environ ¯ 30 % c'est à dire pour une valeur qui n'est pratiquement pas possible dans les réseaux de courant alternatif, il se produit une variation du courant secondaire d'au maximum 0,2 %.
On peut voir à la fig. 6 encore jointe une possibilité de compensation particulièrement avantageuse du transformateur suivant l'invention. Pour la compensation du transformateur on modifie d'une manière connue le nombre de spires de l'enroulement secondaire. Comme ceci est compliqué en cas de montage multiple en parallèle, il est à recommander d'employer un trans formateur supplémentaire de courant alternatif en montage économique (wII) suivant la fig. 6. Ce transformateur devient très petit car la plus grande partie de son enroulement transporte seulement le courant de différence #J = J'II - JII.