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SYSTEMES A SATURATION MAGNETIQUE? La présente invention concerne des systèmes à saturation magnétique et plus particulièrement des amplificateurs magnétiques et analogues.
La partie essentielle des amplificateurs magnétiques, et plus généralement une partie importante de dispositifs magnétiques, consiste ordinairement en une induotanoe pourvue d'un ou de plusieurs enroulements parcourus par du courant continu ou redressé et un ou plusieurs enroulements parcourus par du courant alternatif. Les en- roulements à oourant oontinu ou redressé ont pour but de donner au circuit magnétique de l'inductance une prémagnétisation variable qui a pour effet de rendre variable la perméabilité apparente de ce cir- cuit et le s enroulements à oourant alternatif servent à insérer dans le circuit à contrôler une impédance variable, puisque la perméabili- té moyenne du circuit magnétique varie en fonotion des ampères-tours parcourant les enroulements de saturation.
Dans un système amplificateur magnétique, l'effet amplifica- teur est obtenu du fait que la variation de l'énergie réactive con- trôlée dans le circuit où sont insérés les enroulements alternatifs
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peut être K fois plus grande que la variation correspondante de l'énergie envoyée dans les enroulements de saturation. K représente alors le coeffioient d'amplification du système.
La présente invention a notamment pour un de ses objets d'amé -liorer le fonotionnement de self-induotanoes à enroulements de satu- ration faisant partie de systèmes à saturation magnétique tels que des amplificateurs magnétiques.
L'invention a également pour objet de prévoir des dispositiom de self-induotanoes à saturation dans lesquels le champ développé par les ampères-tours alternatifs est diminué par rapport au champ déve- loppé par les ampères-tours de saturation.
L'invention a également pour objet de prévoir des disposi- t'ions de self-inductances à saturation qui soient libres de dissymé- tries entraînées par la dissymétrie du cycle d'hystérésis auquel est soumis le circuit magnétique.
L'invention a également pour objet de prévoir des disposi- tions de self-inductances à saturation qui soient susceptibles de per mettre une réduotion du champ alternatif vis-à-vis du champ de satura-: -tion, sans conduire ni à une réduotion exagérée du nombre de spires de l'enroulement alternatif, ni à une augmentation exagérée de la sec 1 -tion droite du circuit magnétique.
D'autres objets de l'invention résident encore dans la prévi- sion de systèmes de saturation magnétique, dans le circuit de satura- tion desquels aucune composante alternative résiduelle n'est intro- duite et dont la sensibilité soit appréoiablement augmentée par des dispositions appropriées des enroulements et du circuit magnétique.
Un circuit magnétique inoorporant des caractéristiques de l'invention est tel que la réluctance opposée à la force magnéto- motrice développée par les ampères-tours alternatifs soit supérieure à la réluctance opposée à la force magnéto-motrioe développée par les ampères-tours de saturation.
Suivant une caractéristique de l'invention, un tel circuit magnétique est réalisé en disposant les noyaux oomposant le circuit magnétique et les bobinages alternatifs et oontinus d'une manière
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telle qu'un entre fe r pratiqué dans une région convenable de l'arma- ture du circuit magnétique augmente la première réluctance tout en n'influant pas sur la valeur de la seoonde.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, les enrou- lements de saturation et les enroulements alternatifs sont disposéa de telle manière qu'en l'absence de tout courant de saturation le flux développé par le oourant paroourant les enroulements alternatifs induise une tension résultante nulle dans l'ensemble des enroulements de saturation.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, un ou plu- sieurs enroulements tertiaires sont prévus en addition aux enroulements alternatifs et oontinus, ce ou ces enroulements tertiaires étant bo- binés de telle sorte qu'ils s'opposent à l'apparition d'harmoniques d'ordre pair de tension dans l'ensemble des enroulements de satura- tion, ce ou ces enroulements tertiaires pouvant être oourt-oirouités sur eux-mêmes et étant tels qu'ils s'opposent aux différenoes entre les tensions instantanées qui peuvent se développer entre les diffé- rentes parties de l'enroulement de saturation oomplet et réduisent la perméabilité apparente du circuit magnétique vis-à-vis de l'enrou -lement alternatif pour une même valeur des ampères-tours paroourant les enroulements de saturation.
Suivant d'autres caractéristiques encore de l'invention, les tOles du circuit magnétique ont un profil tel et les bobinages aterna- tifs et oontinus sont disposés de telle manière que la presque. tota- lité du circuit magnétique parcouru par le flux développé par les enroulements alternatifs sont soumis à la saturation due au flux développé par les enroulements de saturation.
Suivant une modifioation, la réluctance opposée à la force magnéto-motrice développée par les ampères-tours alternatifs peut être acorue par rapport à la réluctanoe opposée à la force magnéto- motrice développée par les ampères-tours de saturation au moyen d'un circuit magnétique et de bobinages d'une self-inductance combinés de manière que les lignes de force du champ développé par les enroule- ments alternatifs aient à traverser un ou plusieurs entrefers'prévus
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sur leur trajet tandis que les lignes de force du champ développé par les enroulements de saturation n'ont à en traverser aucun,
et une fente médiane est prévue transformant chaque partie non inter- rompue par un entrefer du circuit magnétique principal en un circuit magnétique seoondaire indépendant ne oomportant auoun entrefer.
De cette manière, le circuit magnétique prinoipal est ainsi décomposé en autant de circuits magnétiques secondaires indépendants sans entrefer qu'il existe d'entrefers sur le passage de la ligne de force moyenne du circuit magnétique principal.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, les enroule -ments de saturation passent à l'intérieur de la fente sus-mentionné et sont bobinés de telle sorte qu'ils développent un ohamp dont la ligne de force se referme sur elle-même à. l'intérieur d'un circuit magnétique secondaire sans rencontrer aucun entrefer. Les flux de ces enroulements ne traversent que la seotion droite de ces circuits secondaires, c.à.d. la moitié de la seotion droite du circuit prinoi -pal.
Aveo une telle disposition suivant la présente invention, le flux résultant développé par l'ensemble des enroulements de satura- tion agissant sur un circuit magnétique secondaire est nul à travers la partie de l'enroulement alternatif bobiné sur ce circuit magnéti- que secondaire considéré comme une partie du circuit magnétique principal. Réciproquement, le flux résultant développé par la par- tie de l'enroulement alternatif bobiné sur cette partie du circuit magnétique principal à travers les enroulements de saturation qu'il couvre est également nul. On réalise ainsi une des conditions aux- quelles doit satisfaire une self-inductance à prémagnétisation, à savoir que la force électromotrice résultante induite par l'enrou- lement alternatif dans l'enroulement de saturation ou prémagnétisa- tion doit être nulle.
On doit également remarquer que, pendant une alternance du courant, le champ développé par l'enroulement alternatif s'ajoute au champ développé par les enroulements de saturation dans une moitié d'un circuit secondaire tandis qu'il se retranohe dans l'autre moitié
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ce qui assure une compensation pratique des tensions à la, fréquence fondamentale sans toutefois assurer une oompensation d'harmoniques pairs de ces tensions qui peuvent éventuellement se développer mais qui, en général, ne sontpas suffisamment importants pour entraîner des perturbations du fonctionnement. Cependant, lorsque oes tension harmoniques deviennent gênantes, on pourra utiliser de plus les dis- positions d'enroulements tertiaires oourt-oirouités mentionnées ci- dessus.
Ces caractéristiques et d'autres encore apparaîtront olaire- ment dans la description suivante d'exemples de réalisation,repré- sentés sur les dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 représente la courbe de magnétisme d'un circuit de système à saturation magnétique et le cycle d'hystérésis envisagé;
La figure 2 représente un exemple d'inductance pour amplifi- oateur magnétique incorporant certaines des caractéristiques de l'invention;
La figure 3 montre les courbes de l'induction développée respectivement dans les noyaux latéraux du circuit de la figure 2 ainsi, que les courbes des tensions développées dans les enroulements correspondants;
Les figures 4,5 et 6 sont des schémas faoilitant l'exposé du fonctionnement d'un dispositif inoorporant des caractéristiques de l'invention et utilisant notamment des enroulements tertiaires;
La figure 7 représente des graphiques facilitant l'exposé de l'action des enroulements tertiaires ;
Les figures 8, 9 et 10 représentent des modifications,suivant certaines oaraotéristiques de l'invention,des figures précédentes .
Les figures 11 et 12 représentent respeotivement une coupe verticale et horizontale d'une forme modifiée du circuit magnétique qui peut remplacer celui de la figure 2.
Il est connu que, dans des inductances oomportant des enrou- lements de saturation à courant continu et des enroulements à cou- rant alternatif, telles que notamment les inductances utilisés dans les amplificateurs magnétiques, le fer ou substance du circuit
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magnétique est soumis à la superposition d'un champ constant créé par les enroulements de saturation et d'un champ alternatif déve- loppé par les ampères-tours du ou des enroulements parcourus par le oourant alternatif.
En supposant que le courant alternatif soit parcouru par un. oourant sinusoïdal développant dans le fer un champ alternatif Ha dont la valeur maxima est (Ha)M et que l'enroulement de saturation soit parcouru par un courant continu développant un champ constant Ho, le ohamp résultant oscille entre les deux valeurs extradas Ho - (Ha)M et Ho + (Ha)M et le point figuratif représentant l'état de magnétisation du fer se déplace sur un cycle d'hystérésis dont la forme est indiquée en 1, sur la figure 1. La courbe 2 est la oourbe d'induction du fer ou substances magnétique. Dans cette figure les ordonnées B désignent les inductions et les abscisses H des champs magnétiques.
Ce oyole est tangent aux verticales passant par les abscisses Hc- (Ha)M et Hc + (Ha)M et entoure le point G qui est le point figuratif de fonctionnement lorsque le fer est soumis unique- ment à la prémagnétisation du ohamp continu Hc. Ce point G se trou- ve sur la courbe de magnétisme figurée en traits pointillés. On re- marque que pendant les alternanoes négatives,les ampères-tours alternatifs ont un effet de désaturation puisqu'ils se retranohent des ampères-tours oontinus. Il en résulte d'abord une diminution de l'effet de la saturation, o.à.d. une diminution de la sensibilité du système et ensuite une dissymétrie dans le cycle d'hystérésis en- traînant une dissymétrie dans les tensions développées dans l'enrou- lement alternatif.
En effet, la pente moyenne du cycle d'hystérésis est plus grande dans la région correspondant à l'intervalle Hc- (Ha)M à Ho que dans l'intervalle Ho à Hc + (Ha)M.
Cette diminution de sensibilité du système et cette dissymé- trie des tensions développées dans l'enroulement alternatif sont réduites et pratiquement éliminées dans les dispositifs incorporant des caractéristiques de l'invention par réduction du champ développé par les ampères-tours alternatifsvis-à-vos du champ développé par les ampères-tours de saturation.
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Il est clair, en oonsidérant la figure 1, que plus la valeur de (Ha)M est petite par rapport à celle de Ho , moins la dissymé- trie du cycle d'hystérésis est accusée et plus les variations de la perméabilité moyenne du fer ou substance magnétique utilisée sont grandes pour une même variation du champ de saturation Hc.
Il est possible de réduire la valeur de (Ha)M par rapport à celle de Ho en diminuant le nombre d'ampères-tours alternatifs par rap- port au nombre d'ampères-tours du circuit de satu ration. Toutefois, oomme le oourant qui parcourt l'enroulement alternatif est détermi- né et que la tension qui doit se développer aux bornes de cet en- roulement est également déterminée, il est nécessaire, pour utiliser un petit nombre de spires seulement, d'employer des seotions de fer importantes, ce qui peut entraîner la réalisation de circuits magné- tiques anormaux d'une construction difficile.
L'un des objets de l'invention est de réaliser des systèmes à saturation magnétique donnant les mêmes résultats qu'un système à petit nombre de spires parcourues par un oourant alternatif, mais présentant un circuit magnétique de dimensions telles qu'il soit aisément réalisable.
Dans ce but, suivant certaines caractéristiques de l'inven- tion, au lieu de diminuer de façon importance et nuisible les am- pères-tours alternatifs vis-à-vis des ampères-tours de saturation, on réalise un circuit magnétique tel que la réluctance opposée à la force magnéto-motrice développée par les ampères-tours alterna- tifs soit supérieure à la réluctance opposée à la force magnéto- motrice développée par les ampères-tours de saturation.
Un exemple de dispositif inoorporant des caractéristiques de l'invention est représenté sur la figure 2, qui montre un oir- ouit magnétique en coupe suivant le plan des tôles, Ce circuit magnétique oomprend trois noyaux 10, 11 et 12, les culasses 16 et 17, le noyau central 11 étant de section double de celle des noyaux latéraux qui ont des seotions identiques. L'enroulement alternatif 13 est bobiné sur le noyau central 11 et les enroulements de satura- tion 14 et 15 sur les noyaux latéraux 10 et 12 respectivement. Le sens des deux enroulements de saturation 14 et 15 est tel que les
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flux qu'ils développent dans le circuit magnétique s'annulent à l'intérieur du noyau central 11.
Dans le noyau central 11 sont pratiqués un ou plusieurs entrefers tels que 18.
La ligne en trait mixte 19 montre le paroours des lignes de force correspondant au champ développé par les enroulements de sa- turation 14 et 15. On voit que cette ligne en trait mixte paroourt les noyaux latéraux 10 et 12 et les culasses 16 et 17.
Les lignes en pointillé 20 et 21 représentent les parcours des lignes de force développées par l'enroulement alternatif 13. On voit que celles-ci, au contraire, traversent l'entrefer du noyau central 11.
Les sens des courants dans les divers enroule cents sont indi- qués par les flèches traoées sur ces enroulements, les deux enroule- ments de saturation 15 et 14 étant alimentés en série aveo du cou- rant oontinu ou redressé. Pour faciliter la lecture des dessins, les circuits à dourant continu ont été dessinés en trait fort aussi bien sur la figure 2 que sur les figures suivantes.
Avec une telle disposition, la réluctance opposée à la force magnéto-motrioe développée par les ampères tours alternatifs est plus élevée que la réluctance opposée à la force magnéto-motrice développée par les ampères-tours de saturation. De plus, le flux développé par l'enroulement alternatif donne naissance dans les enroulements de saturation 14 et 15 à des tensions égales et oppo- sées. De cette manière, la tension résultante développée par le flux dû à l'enroulement alternatif 13 dans les enroulements de saturation 14 et 15 est nulle.
Il en résulte que le champ développé par l'enroulement alternatif est faible vis-à-vis du ohamp développé par les enroule- ments de saturation. Par suite, ce dispositif ne présente pas 1' inconvénient d'une désaturation indésirable due à l'influence de l'alternance négative du courant qui traverse l'enroulement alter- natif 13, le terme alternanoe négative étant pris ici pour désigner l'alternance pendant laquelle les ampères-tours alternatifs se sous- traient des ampères-tours de saturation .
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On remarquera que, tandis que le ohamp résultant passe de H à H - (H )M dans l'un des noyaux latéraux, ce ohamp passe de c Hc à Ho + (Ha)M dans l'autre noyau. Autrement dit, quand il y a désaturation dans l'un des noyaux latéraux il y a sursaturation dans l'autre et vice versa.
La perméabilité moyenne dans les deux noyaux latéraux est la même pour une valeur donnée du courant de saturation mais la perméabilité instantanée est différente: elle est plus grande pour le noyau dans lequel les ampères-tours alternatifs se soustraient des ampères-tours de saturation et plus faible dans celui où les ampères-tours alternatifs s'ajoutent aux ampères-tours de satura- tion. Le flux développé par l'enroulement alternatif ne se répar- tira donc' également entre les deux noyaux latéraux que pour un oourant de saturation nul.
Au contraire, pour une oertaine valeur du courant de saturation il aura tendance à se départir d'une façon inégale, o.à.d. que moins de 50% du flux du noyau central passera par le noyau dans lequel la perméabilité instantanée est plus forte et plus de 50% dans le noyau dans lequel la perméabilité instantanée est plus faible. A chaque période cette inégalité s'inverse en sorte que la valeur moyenne du flux dans les noyaux latéraux est bien 50% de la valeur moyenne du flux dans le noyau central.
Cette inégalité des flux instantanés dans les noyaux latéraux entraîne une inégalité des valeurs instantanées des tensions en op- position développées dans les deux enroulements de saturation, en sorte que la tension résultante développée dans l'enroulement de saturation n'est nulle que dans le cas où le courant de saturation est nul.
Lorsque la courant de saturaton a une valeur donnée, il se développe dans les enroulements de saturation une tension alterna -tive résultante dont la valeur est égale à la différence entre les valeurs instantanées des tensions alternatives qui se développent dans chacun des deux enroulements de saturation. Du fait que dans chacun des noyaux latéraux la perméabilité moyenne est plus faible
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pendant une demi-période que dans l'autre, il résulte que l'induc- tion qui se développe dans chacun des noyaux latéraux présente deux demi-ondes inégales, o.à.d. que l'onde représentant l'allure de l'induction pendant une période est dissymétrique par rapport à l'axe des temps.
La figure 3 montre en 31 la courbe représentative de l'in- duction développée dans l'un des noyaux latéraux et en 32 la courbe représentative de l'induction développée dans l'autre noyau. D'au- tre part, la courbe 33 représente la tension déveloprée dans l'enrou -lement de saturation bobiné sur le noyau dans lequel l'induction varie suivant 31. La courbe 34 représente la tension développée dans l'autre enroulement de saturation bobiné sur le noyau dans lequel l'induction varie suivant 32. Bien entendu les ordonnées des oour- bes 33 et 34 sont, pour chaque valeur de l'abscisse, respectivement proportionnelles au coefficient angulaire de la tangente aux courbes 31 et 32, la tension étant proportionnelle à la dérivée de l'induo- tion.
Ces deux enroulements étant en série, il se développe dans l'ensemble de ces enroulements une tension résultante représentée en 35, laquelle ne contient que des harmoniques pairs. Autrement dit, dès que le courant de saturation prend une valeur finie, le courant de l'enroulement alternatif développe dans les enroulements de saturation, non seulement des tensions à la fréquence fondamen- tale qui sont en opposition et qui s'annulent, mais encore des har- moniques pairs de ces tensions qui eux, sont en oonoordanoe et créent une tension résiduelle, à la fréquence double de la fréquence fondamentale, dans l'enroulement de saturation.
L'invention, suivant d'autres caractéristiques, a également pour objet de prévoir des dispositions qui ne présentent plus cet inconvénient de développer une tension résiduelle résultant de la dissymétrie dans les demi-ondes de la courbe représentative de l'induction dans chacun des noyaux latéraux, mais qui comportant des moyens pour compenser dans les noyaux latéraux, l'inégalité entre la valeur moyenne de la perméabilité pendant une demi-période et sa
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valeur moyenne pendant l'autre demi-période.
Un dispositifpourvu de tels moyens évitera l'introduotion d'une composante alternative résiduelle dans le circuit de satura- tion qui peut, dans certains cas, par exemple dans le cas de redres -seurs oompoundés, faire partie du circuit d'utilisation. Il pré- sentera également une sensibilité aoorue sous l'effet de la pré- magnétisation de l'enroulement de saturation par le fait que la oompensation de l'inégalité entre la perméabilité moyenne pendant une demi-période et la perméabilité moyenne pendant l'autre demi- période entraîne, pour une même valeur des ampères-tours de satura -tion, une diminution de la perméabilité mpyenne pendant la totalité de la période.
Or, il est connu qu'un système magnétique à satura- tion est d'autant plus sensible que la perméabilité moyenne du cir- ouit magnétique soumis à l'action du champ alternatif décroit plus rapidement à mesure que le oourant de saturation augmente.
Ces moyens oonsistent, suivant une caractéristique de l'in- vention, en un système d'enroulements qui seront dénommés tertiai- res dans le présent exposé. Ce système d'enroulements est assooié au système d'enroulements de saturation utilisé, o.à,d. que ces enroulements tertiaires peuvent être bobinés sur les mêmes noyaux et dans le même sens que les dits enroulements de saturation mais, au lieu d'être insérés dans le circuit de saturation, ils peuvent être mis en court-circuit sur eux-mêmes.
De tels enroulements ter- tiaires sont représentés sur les figures 4, 5 et 6, dans lesquel- les les mêmes références que dans la figure 2 sont affectées aux éléments identiques, les enroulements tertiaires étant désignés par les références 22 et 23 respectivement, ces deux enroulements 22 et 23 étant direotement reliés entre eux de manière à constituer un système d'enroulements court-circuité.
En se reportant de nouveau à la figure 3, on peut considérer que les oourbes 33, 34 et 35 représentent respectivement les deux tensions composantes qui se développent dans chacun des enroulements tertiaires 22 et 23 ainsi que la tension résultante qui se développe dans l'ensemble de ces enroulements tertiaires. Cette tension
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résultante 35 donne naissance à un courant de oiroulation en qua- drature avec elle et dont l'onde fondamentale est représentée en 36.
On voit que les ampères-tours oorrespondant à ce courant de circulation ont tendance à compenser les dissymétries des demi- ondes des courbes 31 et 32, o.à.d. à compenser les ingalités qui se manifesteraient dans les valeus instantanées respectives de l'induction à l'intérieur de chacun des noyaux latéraux 10 et 12 si les enroulements tertiaires 22 et 23 n'existaient pas.
Le fonctionnement d'un tel dispositif sera mieux oompris en se reportant maintenant aux figures 4,5 et 6. Sur ces figures, les lignes de force correspondant aux champs créés par chacun des enroulements sont représentées par des ligne's en trait de même nature que les traits des enroulements mêmes, les lignes de force des champs de l'enroulement alternatif en trait fin 13 étant indi- quées en trait fin en 24, les lignes de force des champs des enrou- lements de saturation en trait fort 14 et 15 étant indiquées en trait fort en 25, et les lignes de force des champs des enroulements ter- tiaires 22 et 23 en trait pointillé étant indicées en pointillé en 26.
La figure 4 représente les sens des courants et des champs au moment où le oourant alternatif parcourant l'enroulement 13 passe aux environs de son maximum de l'alternance positive.
La figure 5 représente les sens des courants et des champs au moment où le courant alternatif paroourant l'enroulement 13 s'an- nule pour passera l'alternance positive à l'alternance négstive.
La figure 6 représente les sens des courants et des champs au moment où le courant alternatif parcourant l'enroulement 13 passe aux environs de son minimum de l'alternance négative.
Sur la figure 4, les champs 24 et 25 développés par les enrou -lements 13 d'une part et 14,15 d'autre part s'opposent dans le noyau 10 et se superposent dans le noyau 12. La perméabilité en 1' absenoe de l'enroulement tertiaire 22,23, serait alorsplus grande dans le noyau 10 que dans le noyau 12. Il se développe dans les en- roulements-22 et 23 un courant de ciroulation dont le sens est
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indiqué par les flèches,qui donne naissance à un ohamp additionnel 26 en oppositionavec le champ 24 développé par l'enroulement alter -natif 13 dans la noyau 10 et en concordance avec ce ohamp 24 dans le noyau 12. L'effet du courant de circulation dans les enroule- ments 22 et 23 est donc de réduire la perméabilité moyenne dans le noyau 10 et dans le noyau 12.
Mais, par suite de la courbure de la courbe de magnétisme, le courant de circulation dans les en- roulements 22 et 23 entrafne une diminution de la perméabilité moyen -ne du noyau 10 supérieure à la diminution de la perméabilité moyen -ne du noyau 12, et il en résulte que l'inégalité entre les valeurs respectives de la perméabilité dans le noyau 10 d'une part sous l'effet des enroulements 14 et 22 et dans le noyau 12 d'autre part sous l'effet des enroulements 15 et 23 est compensée.
Sur la figure 5, le champ développé par l'enroulement alter- natif 13 est nul. Le sens du courant de circulation dans les en- roulements tertiaires 22 et 23 est alors inverse de celui représenté sur la figure 4. Les ampères-tours dans les enroulements tertiaires tendent à s'opposer aux ampères-tours de saturation. Il n'y a aucune inégalité entre les valeurs respectives de l'induction dans chacun des noyaux latéraux.
Sur la figure 6, les champs respectifs développés par l'en- roulement alternatif 13 d'une part et les enroulements de saturation 14 et 15 d'autre part, s'opposent dans le noyau 12 et se superposent dans le noyau 10. En l'absence des enroulements tertiaires 22 et 23, la perméabilité serait alors plus grande dans le noyau 12 que dans le noyau la.Il se développe alors, dans les enroulements 22 et 23 un oourant de circulation dont le sens est indiqué par les flè- ches et qui est le même que celui de la figure 4. Ce oourant de cir -oulation développe un champ additionnel 26 en opposition aveo le champ 24 développé par l'enroulement alternatif 13 dans le noyau 12 et en concordance aveo ce champ dans le noyau 10.
L'effet de ce courant de circulation sera alors de diminuer la perméabilité moyenm dans le noyau 10. et dans le noyau 12, mais par suite de la courbure de magnétisme, la diminution dans le noyau 12 sera'supérieure à la
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diminution dans le noyau 10 et il en résultera encore que l'inégalité entre les valeurs respectives de la perméabilité dans les noyaux 10 et 12 sera compensée.
En résumé, il circule à chaque instant dans les enroulements 22 et
23 des ampères-tours additionnels nécessaires pour compenser les inégalités instantanées des flux respectifs des noyaux latéraux 10 et 12, inégalités dues à la cour'bure de la courbe de magnétisation. Les ampères-tours de ces enrou- lements tertiaires ont pour effet de diminuer pour chaque noyau latéral l'action des ampères-tours de l'enroulement alternatif 15 lorsqu'ils sont désaturante par rapport aux ampères-tours de saturation et d'accrôtre leur action lorsqu'ils sont saturants par rapport aux ampères-tours de saturation.,
On verra d'autre part plus loin, dans l'exposé,
que l'action des ampères-tours de ces enroulements tertiaires 22 et 23 a pour effet de diminuer la valeur de la perméabilité moyenne dans chacun des noyaux latéraux 10 et 12 pour une même valeur des ampères-tours des enroulements de saturation 14 et 15.
On se rendra encore mieux compte du mode d'action de ces enroulements tertiaires en se reportant au graphique de la figure 7 sur laquelle on a figuré en 0 A A' M B B' la courbe de magnétisme correspondant aux tôles employées, en portant en abscisse sur l'axe Om la valeur du ch amp résultant développé par des différents enroulements et en ordonnée, suivant l'axe 0 B, la valeur de l'induc- tion correspondante.
On néglige dans ce qui suit, pour plus de simplicité, l'effet de l'hystérésis; mais les conclusions atteintes restent qualitativement inchangées si l'on tient compte de l'hystérésis.
On porte en 0 P la valeur du champ constant développé par les enroile- ments de saturation 14 et 15. On suppose d'autre part que l'enroulement alterna- tif développe un champ alternatif dont la valeur maxima est représentée par les vecteurs PQ et PQ'.
La courbe représentative de ce champ alternatif est'une sinusorde représentée en 41 par un trait pointillé dans le système d'axes Ox - Ot. On voit que la valeur instantanée du champ de saturation et du champ alternatif oscille entre les valeurs extrêmes OQ et OQ'. La courbe représentative des variations de B en fonction du temps sera représentée dans le système d'axes OB-Ot' par une autre courbe 44 figurée en pointillé et dont chaque point m' correspond à un point m de la courbe 41, en prenant comme valeur de l'abscisse la même que celle ' de m et comme valeur de l'ordonnée celle correspondant à l'abscisse de m sur
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la courbe de magnétisme.
On voit que, par suite de la courbure de la courbe de magnétisme, les deux demi-ondes de la courbe 44 sont dissymétrique, les demi-ondes de l'al- ternance positive étant aplaties par rapport aux demi-ondes de l'alternance néga- tive. Il y a lieu de remarquer que cette courbe représente l'allure de l'induc- tion dans l'un des noyaux latéraux 10 ou 12. La courbe représentative de l'in- duotion dans l'autre noyau latéral différerait seulement de la précédente en ce qu'elle serait décalée d'une demi-période par rapport à la courbe 44.
Dans l'un ou l'autre des noyaux 10 ou 12, si l'on néglige le phénomène d'hystérésis, la valeur de la perméabilité moyenne sera donnée par la pente de la droite AB, A et
B étant les intersections avec la courbe de magnétisme des verticales et des horizontales tangentes respectivement aux sommets supérieur et inférieur des courbes 41 et 44.
Pour-que les deux demi-ondes de la courbe représentant l'induction soient symétriques, il est nécessaire qu'il se développe dans les enroulements tertiaires 22 et 23 une circulation d'harmoniques pairs telle que la courbe représentative du champ résultant soit déformée de manière à ce que la déformation. apportée à cette courbe; déjà déformée par la courbure de la courbe de magnétis- me, en effectuant la construction graphique déjà utilisée pour passer de la courbe
41 à la courbe 44, aboutisse à une courbe 45 dont les deux demi-ondes sont symétri -ques, Corrélativement, l'amplitude de la courbe 45 sera inférieure à celle de la courbe 44, c.à.d. que le système sera plus sensible à l'Effet de la saturation.
Sur la figure 7, la courbe 42 représente le champ développé dans les enroulements tertiaires 22 et 23. Cette courbe a été, pour plus de simplicité, ré- duite à son onde fondamentale dont la fréquence est double de celle du champ de ' l'enroulement alternatif 13 représenté par la courbe 41. La courbe donnant l'al- lure du champ résultait, qui est la. somme du champ de saturation OP, du champ de l'enroulement alternatif 13, courbe 41; et du champ des enroulements tertiaires
22 et 23, courbe 42, est figurée en traits pleins dans le syseme d'axes Ox - ot , courbe 43. Cette courbe se déduit des courbes 41 et 42, l'ordonnée d'un point de
43 étant , pour une même valeur de l'abscisse, la somme des ordonnées correspon- à dantes des courbes 41 et 42.
On peut alors construire point par point/partir de la courbe 43, une courbe 45 déduite de la courbe 43 en employant la même cons- truction graphique que pour déduire la courbe 44 de la courbe 41, le point p'
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correspondant au point 2 de la même façon que le point m' correspondait au point m.
On voit qu'on peut toujours trouver une amplitude du champ des enrou- lements tertiaires 22 et 23, figuré en 42, telle que la déformation qui en résulte pour 43 permette de compenser, par la construction indiquée plus haut, la déforma- tion apportée à cette courbe, déjà déformée, par la courbure de la courbe de ma- gnétisme de façon à aboutir à une courbe 45 dont les demi-ondes soient symétriques.
D'après le graphique, le champ résultant, au lieu d'osciller entre les valeurs extrêmes OQ,OQ', oscille entre les valeurs extrèmes OR,OR'. Les pointe figuratifs extrêmes de fonctionnement au lieu d'être A et B deviendraient, du fait du courant de circulation dans les enroulements tertiaires 22 et 23 A' et B'. On voit de plus que la pente de la droite A B est plus grande que la pente de la droite A' B', ce qui signifie que la perméabilité apparente du système est plus faible avec un cour rant de circulation dans les enroulements tertiaires 22 et 23 que sans courant de circulation.
En effet, tandis que d'une part l'amplitude du champ résultant est restée inchangée, le segment RR' étant égal au segment QQ' l'amplitude des varia- tions de l'induction a diminué, étant passée de BC à B'C', B'C' étant plus petit que BC du fait de la courbure de la courbe de magnétisme.
Dans la réalité, par suite de l'existence de l'hystérésis, le point figuratif de fonctionnement parcourt des cycles dont la pente moyenne est plus faible que celle de A B ou de A' B'. Lesperméabilités apparentes réelles, avec ou sans enroulements tertiaires, seront plus faibles que celles qu'on déduirait respectivement de la pente de A' B' ou de A B. Mais il n'en subsiste pas moins que, même en tenant compte de l'hystérésis, la pente moyenne du cycle décrit lorsqu'on tient compte de la circulation du courant dans les enrobements ter- tiaires est plus faible que la pente moyenne du cycle décrit si l'on ne tient pas compte de ce courant de circulation.
On remarquera qu'avec la disposition du circuit magnétique de la figu- re 2 on ne peut espérer éviter l'emploi des enroulements tertiaires en connec- tant en parallèle les deux enroulements de saturation 14 et 15 de façon qu'un courant puisse sedévelopper entre ces deux enroulements. En effet, si les sens des enroulements 14 et 15 sont tels que leurs champs respectifs s'annu-lent dans le noyau central 11, le flux du courant de l'enroulement A ne développera pas une tension nulle dans l'ense-mble 14,15, Cet enroulement fonctionnerait comme un véritable secondaire en court-circuit par rapport à l'enroulement 13.
Si, au
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contraire, les sens d'enroulements 14 et 15 sont tels que leurs flux respectifs s'ajoutent dans le noyau central 11, le flux de l'enroulement 13 développera des tensions en opposition respectivement dans les enroulements 14 et 15, mais alors les harmoniques pairs , étant également en opposition, ne pourront développer au- cun courant de circulation de compensation dans l'ensemble des enroulements 14 et
15. De plus, avec cette disposition, l'entrefer 18 du noyau central 11 augmente- rait simultanément la réluctance qui s'oppose au flux développé par les ampères- tours de l'enroulement alternatif 13 et celle qui s'oppose au flux développé par les ampères-tours des enroulements de saturation 14 et 15.
De nombreux circuits magnétiques peuvent incorporer des caractéris- tiques de l'invention, qui n'est évidemment pas limitée au circuit de la figure 2 non plus qu'à celui des' figures 4, 5 et 6. A titre d'exemples, les figures 8,9 et 10 représentent d'autres exemples de circuits magnétiques incorporant des caractéristiques de l'invention. Dans ces figures également, les mêmes références numériques ont été employées pour désigner les éléments analogues à ceux des figures précédentes.
Dans la figure 8, le circuit magnétique comprend teneurs deux noyaux latéraux 10 et 12 et un noyau central 11 présentant un ou plusieurs entrefers 18, ces noyaux étant réunis par des culasses 16 et 17 comme dans la figure 2. Les enroulements de saturation en série 14 et 15 sont respectivement prévus sur les noyaux 10 et 12. Toutefois, l'enroulement alternatif est divisé en deux enrou- lements 13 et 13' disposés chacun sur l'un des noyaux latéraux 10 et 12, le noyau' central 11 étant libre de tout enroulement.
Les sens des enroulements, indiqués par les flèches, sont tels que les flux respectifs des enroulements 13 et 13' parcourus par un courant alternatif s'ajoutent à chaque instant dans le noyau central, les lignes de force des champs développés par ces enroulements 13 et 13' étant représentés en pointillé en 20 et 20' respedrivement tandis que les lignes de force du champ développé par les enroulements de saturation 14 et 15 sont indi- quées en 19. On voit par suite, qu'avec cette disposition, le flux développé par l'enroulement alternatif est bien forcé à traverser l'entrefer 18 du noyau cen- tral 11 tandis que le flux développé par les enroulements de saturation 14 et 15 circulant à travers les noyaux latéraux 10 et 12 et les culasses 16 et 17 ne ren- contre sur son parcours aucun entrefer.
Un enroulement tertiaire analogue à l'en -roulement tertiaire en deux parties des figures 4,5 et 6'peut être prévu, mais
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n'a pas été représenté pour plus de simplicité au dessin, les enroulements de saturation 14 et 15 étant encore dessiné en trait fort et les enroulements alterr tifs 13 et 13' en trait fin.
Avec les dispositions des figures 2, 4 et 8, le noyau central 11 échappe à l'influence de la. saturation, ce qui tend à diminuer la sensibilité du système . Suivant une autre caractéristique de l'invention encore, des m oyens sont prévus pour obvier à cet inconvénient. Deux exemples de dispositifs ne présentant pas ce désavantage sont représentés sur les,figures 9,10.
Dans ces figures, les enroulements n'ont pas été indiqués en détail mais leurs emplacements seuls ont été indiqués en pointillé et désignés par les mêmes références numériques que dans la figure précédente, la disposition d'en- roulements de la figure 8 étqnt prise pour exemple, c.à.d. que le noyau central
11 est laissé libre de tout enroulement, l'enroulement alternatif étant divisé en deux portions 13 et 13' enroulées avec les enroulements de saturation 14 et 15 respectivement sur les noyaux latéraux 10 et 12.
La sensibilité du système est augment-ée en prévoyant pour consti- tuer le circuit magnétique des tôles de profil particulier. D'une manière géné- rale , ces tôles sont de découpage tel que le noyau central 11 présente soit deux encoches opposées comme indiqué en 50 et 51 sur la figure 9, Boit deux évidements opposés comme indiqué en 52 et 53 sur la figure 10, mais en tout cas une section longidutinale réduite et de forme telle qu'elle entraîne un trajet des lignes de force des champs développés dans les noyaux latéraux 10 et 12 par les enroulements de saturation 14 et 15 tel qu'elles parcourent la presque totalité du circuit magnétique parcouru par le flux du ou des enroulements alternatifs 13 et 13'.
De cette manière, une portion beaucoup plhs importante du circuit magnétique parcouru par le flux des enroulements alternatifsest soumis à l'influence des enroulements de saturation; ce qui augmente appréciablement la sensibilité du système.
On remarquera que, dans la figure 10, le circuit magnétique avec tôles à profil dit binoculaire est pourvu de bobinages torordaux.
Les figures 11 et 12 désignent les parties du circuit magnétique prin- cipal séparées par les entrefers 3 et 4. Dans chacune de ces parties 1 et 2 sont pratiquées les fentes 5 et 6. Les enroulements de saturation sont représentées' en 7, 8 et 9,10, tandis que les enroulements alternatifs sont représentés en 11 et 12.
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Comme mieux visible sur la vue en plan de la figure 2, chacun des enroulements de pré-magnétisation 7 à 10 entoure une moitié de la section droite du circuit magnétique principal telles que 13,14 et 15, 16. Par contre, les enroulements alternatifs entourent simultanément la totalité de la section doite 13+14 ou 15+15 du circuit magnétique.
Sur la figure 11, on a représenté par des flèches en traits pointil- lés 17 le ,parcours des lignes de force développées par les enroulements alterna- tifs et par des flèches en traits pleins 18 le parcours des lignes de force déveloi -pées par les enroulements de prémagnétisation.
Sur la figure 12, on a représenté par des flèches 19 et 20 les sens respectifs des courants dans les différents bobinages de prémagnétisation et al- ternatifs,
En adoptant la terminologie usuelle qui consiste à désigner sous le nom de noyaux les parties verticales d'un circuit magnétique tel que celui repré- senté sur la figure 11, et par culasse les parties horizontales de ce même cir- cuit magnétique, on voit que les bobinages peuvent être répartis suivant la dis- position usuellement adoptée pour les transformateurs;- industriels de manière que ces bobinages ne couvrent que les noyaux et laissent libres les culasses de tout enroulement.
Avec une telle disposition, il est clair que l'on peut régler à vo- lonte: la longueur des entrefers 3 et 4 en écartant plus ou moins l'une de l'au- tre les parties let 2 du circuit magnétique au moyen de tout dispositif approprié de serrage des culasses (non représenté).
La disposition de la figure 11 peut d'ailleurs être simplifiée, comme indiqué sur le dessin, en supprimant les parties de la fente médiane situées au niveau des culasses et hachurées en 21 sur la figure 11. Le circuit magnétique peut alors être réalisé de manière très simple, sans découpage spécial, au moyen de bandes de tôle, comme le circuit magnétique d'un transformateur ordi- naire à quatre noyaux, ou plus exactement à deux noyaux doubles.
La suppression de la fente médiane dans la région des culasses a pour effet de soustraire la région de cesculasses situées entre les lignes 22, 22', et 23,23' à l'effet de la saturation, mais cet inconvénient e'st pratiquement négli- geable lorsqu'il s'agit de self-inductances développant une 'puissance relative- ment importante, surtout si la dimension des noyaux est grande vis-à-vis de celle des culasses.
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Il est clair que l'invention n'est pas limitée aux circuits magnéti- ques pour amplificateurs magnétiques montrés et décrits, mais qu'elle peut trou- ver des applications dans tout circuit magnétique comportant des enroulements alternatifs, des enroulements de saturation et pouvant comporter des enroulements tertiaires de compensation tels que décrits dans l'exposé précédent. Elle peut plus particulièrement s'appliquer à des dispositifs polyphasés, etspécialement triphasés, dans lesquels l'annulation des tensions induites dans le ou les enrou- lements de saturation par un courant parcourant le ou les enroulements alterna- tifs sera réalisée par des montages en triangle ouvert.
D'autres applications et modifications encore de l'invention peuvent être envisagées sans sortir de son domaine.