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Appareil électrique pour la mesure de la résistance et de la tem-
La présente invention concerne les appareils électriques pour la mesure de la résistance et de la température, et s'appli- que spécialement, -nais non exclusivement, aux appareils de mesure de résistance et de détermination subséquente de la température des bobinages de rotor des machines électriques comme,par exemple, les alternateurs.
Comme on le sait, le rotor d'un turbo-alternateur est habituellement une pièce de forge cylindrique dans laquelle des encoches sont usinées. Ces encoches contiennent des lamelles de cuivre isolées dans lesquelles le courant continu d'excitation est injecté par des balais appuyant sur des bagues de contact.
Pour un gros alternateur, ce courant d'excitation peut varier de 600 ampères à pleine charge à 250 ampères à vide, la tension
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maximum aux balais étant de 300 volts. Il est souhaitable de disposer d'une indication ininterrompue de la température du rotor pendant la marche, mais ni les thermocouples ni les résistances thermométriques ne conviennent à cet effet, à cause des erreurs produites dans les dispositifs enregistreurs.
La résistance de l'enroulement inducteur même peut être utilisée comme indication de la température du rotor, la résistan- ce se mesurant en appliquant des courants proportionnels à la tension aux bagues de contact et au courant du rotor, à un ap- pareil de mesure genre ohmmètre. Cependant, dans le cas de va- riations transitoires dues, par exemple, au fonctionnement du régulateur d'induction ou à une variation rapide de la charge, l'appareil de mesure n'indiquera pas la valeur exacte. L'in- fluence de telles variations est relativement grande à cause de la grande self-induction de l'enroulement inducteur qui em- pêche le courant de suivre immédiatement toute variation de tension.
La Demanderesse a proposé un appareil indicateur de température d'un enroulement inductif, comprenant un relais à deux bobines d'excitation alimentées différentiellement en fonction d'une tension continue aux bornes et du courant résul- tant circulant dans ledit enroulement, et un moyen pour' faire varier la proportion de tension ou de courant appliquée à au moins une des bobines d'excitation, à une cadence lente comparée à la durée des variations transitoires de tension et de courant qui peuvent se produire dans l'enroulement, à cause de la self- induction de l'enroulement, ledit moyen étant actionné en fonction de la position de l'armature du relais de manière à toujours maintenir le relais en équilibre, et comprenant une pièce mobile dont la position indique l'importance de la variation et, par conséquent,
une mesure de la température de l' enroulement.
La présente invention a pour but de procurer un dispo-
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sitif plus sensible qui peut être utilisé à des fins semblables et applicable à un appareil indicateur de la résistance électri- que et, par conséquent, la température d'éléments résistants, comme par exemple, les enroulements de rotor de machines électri- ques.
Suivant un aspect de la présente invention, l'appareil indicateur de résistance électrique et, par conséquent, de la température d'un élément résistant, dont la résistance varie avec la température, comprend un amplificateur magnétique à deux enroulements de saturation répondant à la tension aux bornes du dit élément résistant et au courant qui le traverse respectivement, ces enroulements étant montés en opposition l'un par rapport à l'autre et un moyen répondant à l'impédance d'un enroulement à courant alternatif de l'amplificateur magnétique pour exercer une influence tendant à maintenir l'impédance à une valeur détermi- née, le degré d'influence étant une mesure de la résistance et, par conséquent, de la température de l'élément résistant.
Le moyen répondant à l'impédance de l'enroulement à courant alternatif de l'amplificateur magnétique peut être ar- rangé de manière à varier la proportion de tension ou de courant appliquée à, au moins, un des enroulements de saturation dans un sens à maintenir l'impédance de l'enroulement à courant alternatif à une valeur déterminée. Par exemple, une résistance variable peut être connectée en série avec l'enroulement de saturation répondant à la tension aux bornes de l'élément résistant et la valeur de la résistance variable peut être changée de manière à amener l'impédance de l'enroulement à courant alternatif à une valeur déterminée.
Le réglage de la valeur de la résistance varia- ble peut se faire automatiquement par un moyen répondant à l'im- pédance de l'enroulement à courant alternatif et commandant le fonctionnement d'un moteur qui règle la résistance variable à la valeur voulue pour amener l'impédance de l' enroulement à cou-
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rant alternatif à sa valeur déterminée.
De préférence, l'amplificateur magnétique est à auto- excitation afin d'augmenter la sensibilité de l'appareil. L'em- plificateur magnétique peut aussi être pourvu d'un autre enroule- ment de saturation servant à régler le degré de saturation de l'appareil.
Une forme d'exécution de la présente invention appliquée à l'appareil indicateur de la résistance de l'enroulement de rotor d'une machine électrique, comme par exemple l'enroulement inducteur d'un alternateur, sera décrite maintenant avec réfé- rence au dessin annexé, à titre d'exemple. Le dessin annexé représente un schéma de circuit de l'appareil.
Comme le dessin le montre, l'enroulement inducteur 10 d'un alternateur est alimenté en courant continu par une machine excitatrice 11 ou une autre source de courant continu.
Le courant est envoyé à l'enroulement 10 par l'intermédiaire de balais 12 et 13 qui frottent sur des bagues de contact solidai- res du rotor qui porte l'enroulement 10. Le courant qui va de l'excitatrice 11 à l'enroulement 10, passe dans deux enroulements d'excitation 14 et 15 d'une réactance saturable portant la ré- férence générale 16. Celle-ci comprend aussi deux autres enrou- lements de saturation 17 et 18, connectés en série et alimen- tés avec du courant continu fonction de la tension aux bornes de l'enroulement inducteur 10 et traversant une résistance va- riable 20, une résistance fixe 21 et une seconde résistance va- riable 22.
La réactance saturable 16 comprend aussi deux enrou- lements à courant alternatif 23 et 24 connectés en parallèle et recevant du courant alternatif à tension constante des bornes de sortie d'un transformateur à tension constante 25 alimenté par les bornes 26 d'une source de courant alternatif. Le courant alternatif des enroulements 23 et 24 passe par les bornes à cou- rant alternatif 27 et 28 d'un redresseur en pont 29, de sorte
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qu'aux bornes à courant continu 30 et 31 du redresseur, il ap- paraît une tension continue fonction du courant alternatif qui passe dans les enroulements et le redresseur en pont 29. La tension continue est appliquée, à travers la bobine d'excitation 32 d'un relais et une résistance série 33, aux deux enroulements d'auto-excitation 34 et 35 de la réactance saturable 16.
Ce feedback sert à augmenter la sensibilité de l'appareil. Le relais comportant la bobine d'excitation 32 a une armature 40 qui, quand elle quitte sa position médiane, ferme soit une paire su- périeure de contacts 41, 42, soit une paire inférieure de contacts 43,44. Les contacts 42 et 43 sont reliés à une des bornes 26 de la source de courant alternatif. Les autres contacts 41 et 44 sont reliés à des bornes d'un moteur électrique 45 comportant trois bornes d'alimentation, dont une est reliée à l'autre borne 26 de la source de courant alternatif. Quand les contacts 41 et 42 se ferment, le moteur 45 tourne dans un sens, tandis qu'il tourne dans l'autre sens à la fermeture des contacts 43 et 44.
Le moteur 45 est mécaniquement couplé au curseur 46 de la résistance variable 20, de sorte que, lorsque le moteur 45 tourne, le curseur 46 balaie lentement la résistance 30 de manière à changer la valeur de la résistance placée dans le circuit d'ali- mentation des enroulements de saturation 17 et 18 répondant à la tension. La réactance saturable 16 porte encore deux autres enrou- lements de saturation ou de polarisation 50 et 51 connectés en série et recevant, à travers une résistance 52, du courant conti- nu provenant d'un redresseur en pont 53, dont les bornes à cou- rant alternatif sont connectées aux bornes de sortie du trans- formateur à tension constante 25, par l'intermédiaire d'une résistance variable 54 qui permet le réglage de l'intensité du courant de polarisation.
Il faut noter que les divers enroulements de la réactance saturable 16 sont tous divises en deux moitiés, comme 14 et 15, de manière à pouvoir éliminer par opposition
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toute tension alternative induite dans les deux moitiés.
En fonctionnement, quand l'enroulement inducteur 10 reçoit son courant continu de l'excitatrice 11 et quand la source de courant alternatif est connectée aux bornes 26, le degré de saturation de la réactance saturable 16 et, par consé- quent, l'impédance des enroulements à courant alternatif 23 et 24, varient en fonction de la différence entre les ampères-tours produits par les enroulements 14 et 15 traversés par le courant et les ampères-tours produits par les enroulements de saturation fonction de la tension 17 et 18, qui sont connectés en opposition par rapport aux premiers.
A un certain degré de saturation de la réactance saturable, le courant traversant les enroulements de feedback 34 et 35 et passant aussi dans la bobine d'excitation 32 du relais, aura une valeur telle que l'armature 40 du relais flotte dans une position telle que ni les contacts supérieurs 41 et 42, ni les contacts inférieurs 43 et 44 ne soient fermés. Si la résistance de l'enroulement inducteur 10 varie, le degré de saturation change, le courant traversant la bobine d'excitation 32 du relais change et provoque la fermeture des contacts supé- rieurs 41 et 42 ou des contacts inférieurs 43 et 44. A ce moment, le moteur 45 tourne et déplace le curseur 46 de la résistance variable 20.
Le moteur 45 tourne dans le sens voulu pour que la variation de la résistance 20 change le courant circulant dans les enroulements de saturation répondant à la tension 17 et 18 de manière à rétablir l'armature 40 du relais dans sa position d'équilibre. Comme la position du curseur 46 pour laquelle on obtient la position d'équilibre dépend de la résistance de l'en- roulement inducteur 10, le curseur 46 peut être associé à une échelle circulaire qui peut être étalonnée en degrés de tempéra- ture de l'enroulement 10. La résistance variable 22 peut être prégéglée en tenant compte de la température ambiante, de façon ,que la température indiquée par le curseur 46 soit correcte.
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Comme le courant de l'excitatrice 11 passe par des balais en carbone 12 et 13 pour atteindre l'enroulement inducteur 10, il y a une chute de tension dans les balais qui est fortement indépendante de la température de l'enroulement 10. Cornue cette chute de tension rend les ampères-tours produits par les enroulements de saturation répondant à la tension 17 et 18 un peu trop élevés, il est bon de prévoir une certaine compensation.
Suivant la présente invention, une compensation approximative est obtenue en réglant la valeur du courant continu envoyé aux enroulements de polarisation 50 et 51. Ce réglage se fait en changeant la valeur de la résistance 54. Comme la chute de tension peut varier dans les balais de carbone 12 et 13, la résistance 54 peut, si on le désire, être étalonnée en unités de chute de tension approximativement compensée,
Il faut remarquer que la réactance saturable 16 doit fonctionner dans un état tel que, pour les valeurs normales de courant dans les enroulements de saturation 14, 15, 17 et 18, la réactance ne soit pas complètement saturée de façon que si le courant ou la tension de l'enroulement inducteur varie,
l'impédance des enroulements à courant alternatif 23 et 24 varie avec une variation correspondante du courant dans la bobine d'excitation 32 du relais. De préférence, la réactance saturable 16 fonctionne de façon que, si le curseur 46 indique correctement la température de l'enroulement 10, les ampères-tours de tension soient égaux et opposés aux ampères-tours de courant, de sorte que, dans ces conditions, seuls les ampères-tours de polarisation des enroulements 50 et 51 sont effectifs. Dans ces conditions, on peut arranger la réactance saturable 16 de manière qu'une variation des ampères-tours produise une grande variation de courant dans la bobine d'excitation 32 du relais. le point de fonctionnement peut être choisi au milieu de la partie à plus grande pente de la caractéristique de la réactance saturable.
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Il faut noter qu'en mettant l'appareil en marche, le curseur 46 peut occuper une position très différente de celle qui indique correctement la température de l'enroulement 10. Dans ces cir- constances le moteur 45 peut déplacer le curseur 46 dans l'un ou dans l'autre sens pour l'amener dans sa position correcte.
Ce mouvement dans les deux sens sera possible quand la résistance 20 est circulaire sans aucune butée pour limiter le déplacement du curseur 46.
Quoique dans la forme d'exécution représentée au dessin, le relais, le moteur 45 et la résistance variable 20 constituent un moyen répondant à l'impédance de l'enroulement à courant alternatif de l'amplificateur magnétique pour exercer une influence tendant à maintenir cette impédance à une valeur déterminée, tout autre moyen convenable peut être utilisé.
Par exemple, une résistance variable, commandée par un ensemble semblable relais et moteur, peut être mise en shunt sur un des enroulements de saturation de la réactance saturable 16.
Quoique la présente invention ait été décrite dans son application à la mesure de la résistance ou de la température de l'enroulement inducteur d'une génératrice, il va de soi qu' elle peut aussi être appliquée à des appareils mesureurs ou indi- cateurs de température d'autres éléments résistants, dont la résistance varie avec la température. Si l'élément résistant a beaucoup de capacité ou de self-induction, il est souhaitable que le moyen exerçant une influence tendant à maintenir l'impédance de l' enroulement à courant alternatif de l'amplificateur magné- tique constante, agisse lentement comparativement à la durée des variations transitoires dues à la self-induction ou à la capacité.