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Appareil indicateur de déphasages.
La présente invention concerne les appareils indica- teurs de déphasages entre des quantités électriques en courant alternatif et peut être utilisée, par exemple, pour indiquer l'angle de phase d'une charge électrique. Elle peut cependant s'appliquer à d'autres dispositifs dans lesquels on désire indi- quer le déphasage de deux quantités électriques, par exemple deux tensions alternatives de la même fréquence.
La présente invention a pour but de procurer un appa- reil indicateur de déphasages entre deux quantités électriques, de grande précision et répondant rapidement aux variations du déphasage entre les deux quantités. L'invention a aussi pour but de procurer un appareil de ce genre, qui peut transmettre l'indication en un ou plusieurs points éloignés, sans devoir transmettre, en chacun de ces points éloignés, les quantités électriques considérées mêmes.
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Suivant un aspect de la présente invention, l'appareil indicateur de déphasages entre deux quantités électriques en courant alternatif comprend un discriminateur de phases, des chemins par ou appliquer chacune de ces quantités au discrimi- nateur de phases, un de ces chemins comprenant un déphaseur ré- glable, un moyen actionné en fonction de la réponse du discri- minateur de phases pour régler le déphaseur de manière à obte- nir une réponse déterninée du discriminateur et un moyen pour indiquer le réglage du déphaseur et, par le fait même, le dé- phasage mesuré.
Afin d'éviter des indications fausses, il est bon, si les quantités électriques contiennent des harmoniques, d'inclure un filtre dans au moins un des chemins par où les quantités électriques sont appliquées au discriminateur de phases, de manière à empêcher l'application d'harmoniques indésirables au discriminateur de phases.
Suivant un autre aspect de l'invention, l'appareil indicateur des déphasages entre une tension et un courant alter- natifs dans un circuit, : comprend un discriminateur de phases, des chemins par où appliquer les quantités électriques dépendant des phases de la tension et du courant séparément au discrimina- teur de phases, un de ces chemins comprenant un déphaseur ré- gable, un moyen actionné en réponse au discriminateur de phases pour régler le déphaseur de manière à obtenir du discriminateur une réponse déterminée, et un moyen pour indiquer le réglage du déphaseur.
Suivant un autre aspect encore de l'invention, l'ap- pareil indicateur de déphasages entre tension et courant d'un circuit polyphasé, comprend un discriminateur de phases, un chemin par où appliquer, au discriminateur de phases, une quan- tité électrique dépendante, en phase, du déphasage du courant dans une phase du circuit polyphasé, un second chemin par où appliquer, au discriminateur de phases, une seconde quantité électrique dérivée des tensions polyphasées à travers un dépha- seur réglable, un moyen actionné en réponse au discriminateur de @
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phases, pour régler le déphaseur de manière à obtenir une réponse déterminée du discriminateur, et un moyen pour indiquer le ré- gle,ge du déphaseur.
Le discriminateur de phases peut donner soit une sortie zéro soit deux tensions de sortie égales, quand les deux quanti- tés incidentes sont à 90 . Un discriminateur de ce genre peut contenir un moyen pour dériver deux tensions ou courants égaux et opposés d'une des quantités électriques incidentes et un moyen pour comparer les tensions ou courants résultants obtenus en combinant chacun de ces voltages ou courants égaux avec un autre voltage ou courant dérivé de l'autre quantité incidente électrique. Dans un arrangement de ce genre, quand cet autre voltage ou courant est déphasé de 90 par rapport aux deux voltages ou courants égaux et opposés, les deux voltages ou courants résultants sont égaux et la sortie du discriminateur de phases, obtenue en comparant les amplitudes de ces deux résultantes, est nulle.
Le discriminateur de phases peut comprendre un trans- formateur avec un enroulement à prise médiane, dont chaque moitié alimente un redresseur. Une des quantités électriques inci- dentes est appliquée au transformateur, de manière que des ten- sions égales et opposées soient appliquées aux deux redresseurs.
Une tension dérivée de l'autre quantité électrique incidente, qui peut d'ailleurs être aussi un courant, est appliquée à la prise médiane du transformateur, de façon que chaque redresseur reçoive la résultante obtenue par la combinaison d'une des ten- sions égales et opposées avec l'autre tension dérivée de la se- conde quantité électrique incidente. Quand cette dernière est déphasée de 90 par rapport à la première quantité électrique incidente, les sorties redressées venant des redresseurs sont égales en amplitude, et aucune tension n'est produite dans un circuit connecté entre les sorties des deux redresseurs.
Si, au contraire, la seconde quantité électrique incidente n'est pas en
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quadrature avec la première quantité électrique incidente, les tensions de sortie ne sont plus équilibrées et des voltages différents sont obtenus dans les circuits de sortie des redres- seurs. La différence entre les tensions de sortie est utilisée pour influencer le déphaseur de manière que celui-ci introduise un déphasage dans le chemin par où une des quantités électriques incidentes est appliquée au discriminateur, déphasage d'un sens tel que les deux tensions de sortie des redresseurs s'égalisent.
Si on le désire, des dispositifs d'amplification ou d'isolement, comme, par exemple, des lampes à cathodes asservies, peuvent être intercalés entre les sorties des redresseurs et le dispositif influençant le déphaseur réglable. Ce dernier peut être influencé par un signal électrique ou, dans une forme d' exécution préférée de la présente invention, les sorties des redresseurs sont appli- quées, si on le désire à travers des dispositifs d'amplification ou d'isolement, à un moteur électrique pouvant modifier mécanique- ment le réglage du déphaseur réglable.
Si une des quantités électriques incidentes ou les deux peuvent subir de grandes variations d'amplitude, il peut être indiqué d'inclure, dans le chemin par où cette quantité est appli- quée, un moyen pour limiter ou réduire d'une autre manière les variations d'amplitude de l'entrée ou des entrées du discrimina- teur de phases.
Comme il a été dit, il est bon d'introduire un filtre dans un ou dans chacun des chemins d'entrée, pour éviter l'appli- cation, au discriminateur de phases, de tensions harmoniques éventuellement présentes dans les quantités électriques inci- dentes.
Quand une des quantités électriques incidentes est une tension dérivée d'un réseau électrique polyphasé, le déphaseur réglable peut prendre la forme d'un circuit à résistances alimenté par les phases du réseau et pourvu d'un curseur qui peut par- courir tout le circuit pour obtenir le déphasage voulu. Appliqué
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à un réseau électrique triphasé, le déphaseur réglable peut prendre la forme d'un circuit résistif de forme circulaire ou approximativement circulaire alimenté en six points également espacés par six phases de tension dérivées du réseau triphasé et pourvu d'un curseur pouvant balayer le circuit résistif de manière à prélever une tension ayant le déphasage voulu.
Deux formes d'exécution de l'invention servant à indi- quer le déphasage entre tension et courant dans un réseau tri- phasé équilibré seront maintenant décrites à titre d'exemple avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est un schéma de circuit d'une forme d'ap- pareil utilisant des lampes à cathodes asservies comme dispositifs d'isolement.
La figure 2 et la figure 3 sont des diagrammes vectoriels de tensions en certains points du circuit de la figure 1. La figure 2 est un diagramme vectoriel donnant les tensions quand le discriminateur est équilibré et la figure 3 est un diagramme montrant les tensions quand le discriminateur est déséquilibré.
La figure 4 est un schéma de circuit d'une variante utilisant des amplificateurs magnétiques.
Le dispositif représenté à la figure 1 est destiné à indiquer le déphasage entre la tension et le courant dans un ré- seau électrique triphasé avec une charge équilibrée. L'enroule- ment primaire d'un transformateur de courant 10 est mis dans une phase 11 d'un réseau électrique triphasé à trois phases 11, 12, 13. Une résistance de charge 14 est mise aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur et une des quantités électriques incidentes est prise à un diviseur de tension con- sistant en une résistance 15 en série avec une résistance 16 et une résistance non linéaire 17.
Le rôle de cette dernière est de réduire les variations de tension entre le point de jonction des résistances 15 et 16 et le point de jonction de la résis- tance 14 et de la résistance non linéaire 17 dues aux variations
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de courant dans la phase 11. Le point de jonction des résis- tances 15 et 16 est relié, par un filtre 18, à la grille de com- mande d'une lampe 20 à cathode asservie. Le filtre 18 sert à empêcher l'appareil de donner des fausses indications dues aux harmoniques du courant alternatif du réseau.
L'anode de la lampe 20 est connectée à la borne positive 21 d'une alimentation haute tension, dont la borne négative 22 est reliée, à travers l'enrou- lement primaire d'un transformateur 23, à la cathode de la lampe 20 et au point de jonction de la résistance 14, de la résistance non linéaire 17 et d'une extrémité de l'enroulement secondaire du transformateur de courant 10. 'En fait, la lampe 20 isole le transformateur de courant 10 de la charge connectée au trans- formateur 23. L'enroulement secondaire du transformateur 23 a une prise médiane 24, de sorte que les deux moitiés délivrent des tensions égales et opposées. Le système doit être étudié de façon que la variation du déphasage entre le courant de l'en- roulement primaire du transformateur 10 et les tensi ons égales et opposées soit négligeable.
La seconde quantité électrique incidente appliquée au discriminateur de phases, est tirée des tensions triphasées du réseau à courant alternatif aux trois phases 11, 12, 13, par l'intermédiaire d'un transformateur 30 représenté, à titre d'exemple, avec des enroulements primaires connectés en triangle aux phases 11, 12, 13 et des enroulements secondaires hexaphasés connectés en étoile. Le point neutre 31 des enroulements secondaires est relié à la,-Prise médiane 24 de l'enroulement secondaire du transformateur 23.
Les extrémités des enroulements secondaires en étoile du transformateur 30 sont connectées à six points également espacés autour d'un circuit résistif circulaire ou de forme générale circulaire 32, de ma- nière à obtenir un vecteur de tension rotatif d'un curseur 33 pouvant balayer le circuit circulaire 32. En déplaçant le curseur 33, le déphasage entre la tension comprise entre le curseur 33 et le point neutre 31 et les tensions des phases @
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11, 12, 13, peut être varié. Le curseur 33 est connecté à la bprne négative 22 de l'alimentation haute tension, de sorte que la tension prélevée par le curseur est appliquée entre le point de prise médiane 24 de l'enroulement secondaire du transforma- teur 23 et la borne négative 22 de l'alimentation haute tension.
Les extrémités de l'enroulement secondaire du trans- formateur 23 sont connectées, par des redresseurs 34 et 35 et un circuit de filtrage composé des résistances 36, 37, 38, 39, 40, 41 et des condensateurs 42 et 43, aux grilles de commande de deux autres lampes 44et 45 à cathodes asservies. Les anodes des lam- pes 44 et 45 sont reliées à la borne positive 21 de la source haute tension, et leurs cathodes sont reliées, par des résis- tances de même valeur 46 et 47, à la borne négative 22 de la source haute tension.
Les cathodes des lampes 44 et 45 sont reliées aux bornes d'un moteur électrique à courant continu sensible 48 dont l'arbre est mécaniquement accouplé, comme indiqué en 49, à l'axe portant le curseur 33. Il faut remar- quer que le circuit de filtrage comprenant les résistances 36, 38 et 40 et le condensateur 42 est semblable à celui com- portant les résistances 37, 39 et 41 et le condensateur 43.
S'il faut transmettre à distance le réglage du curseur 33, un dispositif 50 pour produire et transmettre un signal approprié, comme un signal électrique, dépendant de la position du curseur 33, peut être couplé à la connexion 49 entre l'arbre du moteur 48 et le curseur 33.
Le fonctionnement de l'appareil ressort clairement des figures 2 et 3, où les vecteurs OA et OB représentent les ten- sions égales et opposées entre la prise médiane 24 et les extré- mités des enroulements secondaires du transformateur 23. Le vecteur OC représente la tension entre le point neutre 31 et le curseur 33. Les vecteurs CA et CB représentent les tensions appliquées respectivement aux redresseurs 34 et 35. Quand le vecteur OC est en quadrature avec les vecteurs OA et OB, les @
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tensions appliquées aux grilles de commande des lampes 44 et 45 et donc les tensions apparaissant aux bornes des résistances de charge de cathode 46 et 47, sont égales.
Aucune tension n'est appliquée au moteur 48. Si au contraire, comme le montre la fi- gure 3, le vecteur de tension OC' n'est pas en quadrature avec les vecteurs de tension OA' et OB', les vecteurs de tension ré- sultants C'A' et C'B' sont inégaux et des tensions différentes sont appliquées aux deux redresseurs 34 et 35 et aux grilles des lampes 44 et 45, de sorte que les tensions apparaissant aux bornes des résistances de charge de cathode 46 et 47 sont inégales. Il s'en suit qu'une tension est appliquée au moteur 48, qui a ten- dance à le faire tourner dans un sens tel que le vecteur OC' soit ramené en quadrature avec les vecteurs de tension OA' et OB'.
Le déplacement du curseur 33 peut être réglé de façon à entraîner un changement approprié dans le signal transmis par le dispositif 50.
Dans la forme d'exécution ci-dessus, il est souhaitable que les entrées électriques au discriminateur de phases soient maintenues sensiblement constantes et approximativement du même ordre pour éviter des variations excessives dans la sensibilité de l'appareil. Comme la tension, dans un réseau triphasé normal, est constante dans des limites de variation d'environ 10%, il sera habituellement inutile d'utiliser des dispositifs limiteurs ou égaliseurs pour des quantités électriques incidentes déri- vées de la tension du réseau, mais, comme le montre la figure 1, il faudra prévoir des dispositifs limiteurs ou égaliseurs, comme par exemple le dispositif comprenant la résistance non linéaire 17, pour maintenir, dans des limites par exemple de plus ou moins la%,
l'entrée au discriminateur de phases dé- rivée du courant circulant dans le circuit de charge.
Dans la forme d'exécution variante représentée à la figure 4, l' enroulement primaire d'un transformateur de courant 10 est placé dans la phase 11 d'un réseau triphasé, et son en-
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roulement secondaire est shunté)par une résistance 60 reliée en série avec une résistance nonlinéaire 61, servant à,maintenir une tension sensiblement constante aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur de courant, dans une gamme de cou- rants considérablement étendue. L'enroulement secondaire du transformateur de courant 10 est aussi connecté à l'enroulement primaire d'un transformateur 62 dont le secondaire a une prise médiane 63.
Les extrémités de l'enroulement secondaire du trans- formateur 62 sont reliées chacune à une borne à courant alternatif des redresseurs en pont 64 et 65 reliés entre eux et dont le point de jonction est connecté au curseur 33 d'un potentiomètre 32 à circuit circulaire ou de forme générale circulaire. L'alimenta- tion du potentiomètre 32 en six points également espacés sur son pourtour par du courant alternatif hexaphasé est la même qu'à la figure 1, l'alimentation hexaphasée étant tirée des phases 11, 12 et 13 par l'intermédiaire d'un transformateur 30 à enroule- ments primaires triphasés et enroulements secondaires hexaphasés.
Le point neutre 31 des enroulements secondaires est connecté à la prise médiane 63 du secondaire du transformateur 62. La tension appliquée aux bornes à courant alternatif du redresseur 64 est égale à la somme vectorielle des tensions aux bornes de la moitié supérieure du secondaire du transformateur 62 et de la tension entre le point neutre 31 et le curseur 33. Demême, la tension appliquée aux bornes à courant alternatif du redresseur 65 est égale à la somme vectorielle des tensions aux bornes de la moitié inférieure du secondaire du transformateur 62 et de la tension entre le point neutre 31 et le curseur 33.
Les sorties en courant continu, aux bornes continues des redresseurs en pont 64 et 65, sont filtrées par des condensateurs respectifs 66 et 67 et appliquées à deux groupes d'enroulements de commande de quatre amplificateurs magnétiques 71, 72, 73 et 74, les enroulements de commande 71a, 72a, 73a et 74a étant connectés au redresseur 64 et agissant en opposition avec les enroulements de commande 71b, A
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72b, 73b et 74b connectés à l'autre redresseur 65.
Chaque ampli- ficateur a un enroulement à courant alternatif dont l'impédance est réglée par les enroulements de commande associés. L'enroulemen' à courant alternatif 71c de l'amplificateur magnétique 71 est con- necté entre une extrémité d'un enroulement secondaire 75 d'un transformateur 76, dont l'enroulement primaire reçoit du cou- rant alternatif d'une source 77. L'enroulement à courant al- ternatif 72c du second amplificateur magnétique 72 a une extré- mité connectée à l'autre extrémité de l'enroulement secondaire 75. Les extrémités des enroulements à courant alternatif 71c et 72c non connectées à l'enroulement secondaire 75 sont con- nectées aux bornes à courant alternatif d'un redresseur en pont 79, dont les bornes continues sont reliées à une résistance de charge 80.
Les enroulements à courant alternatif 73c et 74c des amplificateurs magnétiques 73 et 74 sont connectés de même à un autre enroulement secondaire 81 du transformateur 76, sem- blable à l'enroulement 75. Les extrémités des enroulements à courant alternatif 73c et 74c non connectées à l'enroulement secondaire 81 sont connectées aux bornes à courant alternatif d'un redresseur en pont 82 dont les bornes continues sont reliées à une résistance de charge 83. Un moteur électrique à courant continu sensible 48 est connecté aux bornes des résistances de charge 80 et 83 reliées en série. L'arbre du moteur 48 est couplé, comme indiqué en 49, au curseur 33 du potentiomètre 32.
Le fonctionnement du circuit de la figure 4 est généra- lement semblable à celui de la figure 1. Quand la tension déri- vée du curseur 33 du potentiomètre 32 est en quadrature avec la tension dérivée du courant et obtenue de l'enroulement secon- daire du transformateur 62, les sorties en courant continu des redresseurs en pont 64 et 65 sont égales de sorte que lesenroule- ments de commande 71a, 72a, 73a et 74a équilibrent en substance les enroulements de commande 71b, 72h, 73b et 74b respectivement et les impédances des enroulements à courant alternatif 71c, 72c,
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73c et 74c sont toutes égales.
Dans ces conditions, les tensions de sortie des redresseurs en pont 79 et 82 sont égales et oppo- sées, et aucune tension n'est appliquée au moteur 48. Si, au con- traire, la tension dérivée du curseur 33 n'est pas en)quadrature @ avec la tension dérivée du courant, les tensions de sortie des redresseurs en pont 64 et 65 sont inégales d sorte que des enroulements de commande, comme 71a et 71b, ne s'équilibrent pas et, par conséquent, les tensions de sortie des redresseurs en pont 79 et 82 sont inégales. Dans ces conditions, le moteur 48 tend à tourner de façon à ramener le curseur 33 du potentio- mètre 32 dans la position où la tension dérivée du curseur 33 est en quadrature avec la tension dérivée du courant.
Des engrenages peuvent être prévus dans le couplage entre le moteur électrique 48 et le curseur 33 du déphaseur. Avec des dispositifs comme décrits ci-dessus, il y aura en fait deux positions de déphasage dans lesquelles la tension appliquée au moteur 48 est nulle, l'une constituant la position correcte du déphaseur, et l'autre une position instable déphasée, par rapport à la vraie, d'envi- ron 180 degrés électriques. L'expérience montre que, si l'ap- pareil est sensible, il prendra en pratique toujours la position correcte, puisque tout déplacement d'une position incorrecte fera tourner le moteur électrique 48 de façon à amener le curseur du déphaseur dans sa position correcte, mouvement aidé par les constantes de temps du circuit.
Le curseur 33 du déphaseur peut porter une flèche qui se déplace devant une échelle étalonnée et indique le déphasage entre la tension et le courant. Si le déphaseur a un circuit à résistances circulaire uniforme, l'échelle peut être graduée de façon non uniforme pour tenir compte de ce qu'en certaines positions la position angulaire du curseur n'indique pas exacte- ment le déphasage. Ou bien, un dispositif mécanique peut être prévu pour compenser les erreurs entre la position angulaire de la flèche et le déphasage réel, de manière à avoir une échelle
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uniforme. On peut utiliser, par exemple, le mécanisme décrit dans le brevet anglais N 632.007.
Une autre variante consiste à donner au circuit une résistance non uniformément répartie de façon que la position angulaire de la flèche indique exactement le déphasage.
Une variante pour tirer des tensions hexaphasées d'un réseau triphasé, consiste à obtenir ces tensions hexaphsées d'une génératrice spéciale commandée à partir du réseau alternatif et conçue de façon à produire des tensions de sortie hexaphasées sinusoïdales symétriques alimentant un déphaseur comme déjà dé- crit. Si on adopte cette solution, il est bon que la charge appliquée à la génératrice spéciale soit sensiblement constante, de façon à éviter des erreurs dues aux déphasages des tensions produites par la génératrice spéciale, par rapport aux tensions du réseau.
Si, on ne dispose que d'une source de courant alternatif monophasé, des tensions hexaphasées à appliquer à un déphaseur du type décrit peuvent être dérivées en obtenant de la source mono- phasée deux tensions égales déphasées de 90 qu'on applique à un autre transformateur de phases pour obtenir les tensions hexa- phasées. Par exemple, deux tensions déphasées entre elles de 90 peuvent être tirées d'une source monophasée, en connectant, aux bornes de la source, l'enroulement primaire d'un transformateur à enroulement secondaire à prise médiane et en connectant aux extrémités du secondaire deux combinaisons séparées de condensa- teurs et de résistances connectées en série.
En choisissant bien les valeurs des résistances et capacités dans chaque combi- naison,on peut obtenir, entre,la prise médiane du secondaire et le point de jonction de la résistance et du condensateur d'une combinaison, une tension déphasée de 90 par rapport à la tension entre cette prise médiane et le point de jonction de la résis- tance et ducondensateur de l'autre combinaison. Si les tensions obtenues des combinaisons de résistances et de condensateurs sont
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déphasées par rapport à la tension du réseau d'environ 45 et 1350 respectivement, la condition de quadrature sera respectée avec très grande précision malgré de petites variations de fré- quence en fonctionnement, alors que le déphasage par rapport au réseau monophasé variera.
Commela solution envisagée ci-dessus pour obtenir deux tensions en quadrature d'un réseau monophasé provoque un déphasage de chacune de ces tensions par rapport au réseau, il peut être intéressant d'inclure un circuit de dépha- sage semblable dans le chemin par où l'autre quantité électrique incidente est appliquée au discriminateur de phases.
Une autre variante consiste à utiliser un multiplicateur de phases comme décrit dans le Brevet anglais N 642.855.
REVENDICATIONS
1.- Appareil indicateur de déphasages entre deux quantités électriques en courant alternatif comprenant un.dis- criminateur de phases, des chemins par où appliquer chacunede ces quantités au discriminateur de phases, un de ces chemins comprenant un déphaseur réglable, un moyen actionné en fonction de la réponse du discriminateur de phases pour régler le dépha- seur de manière à obtenir une réponse déterminée du discrimina- teur et un moyen pour indiquer le réglage du déphaseur et, par le fait même, le dit déphasage.
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