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" Dispositif de suppression de la ferro-ré- sonance dans des circuits comprenant des noyaux saturables ".-
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La présente invention concerne un dispositif de suppression des effets de la ferro-résonane dans des circuits comprenant des élément$ 4 noyaux saturables.
L'invention sera exposée à propos de son emploi avec un transformateur de tension capacitif, bien que sa portée Doit plus large.
On utilise des transformateurs de tension capacitifs pour mesurer la tension dans des réseaux à haute tension* Ces appareils, reliée à un réseau, peuvent abaisser la tension à 10 KV. par exemple, dans leur circuit primaire,
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volts en permettant une dissipation de puissance de l'ordre de 100 VA. Le circuit du transformateur contient ordinaire- ment de*.. organes constituas d'enroulements sur noyaux de fer qui peuvent, dans certaines conditions, devenir le siège de phénomènes de ferro-résonance (oscillations de ferro-résonanoe sous-harmoniques). La sortie du transformateur abaisseur de tension ne donne plus alors une indication valable de la haute tension.
Il peut s'ensuivre des erreurs dans les mesures et le comptage éventuel d'énergie. éventuellement des donmages aux instruments de mesure, et aussi le déclenchement intempestif d'une ligne à haute tension par le jeu des relais de protection reliée au transformateur de tension capacitif.
On a proposé déjà de porter remède à cette situation en amortissant le circuit secondaire du transformateur par branchement d'une résistance aux bornes de celui-ci.
:L'amortissement qui en résulte diminue les effets fâcheux
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de le. ferro-résonance. Toutefois, le dispositif entratne . une dissipation de puissance prrmanente qui est regrettable et nuisible. L'invention évite cet inconvénient et donne une solution meilleure au problème en ne faisant intervenir effectivement une résistance d'amortissement'qu'au moment où la tension de sortie atteint une valeur critique, carres. pondant au moment où cette tension dépasse un niveau considéré comme normal.
Cela se réalise suivant l'invention en montant aux bornes de sortie du transformateur un circuit contenant au moins un élément dont la résistance diminue lorsqu'une tension qui lui est appliquée dépaae une valeur prédéter- minée. L'invention utilise pour cela un ou des semi- conducteurs.
Dans une forme de réalisation de l'invention, l'élément dont la résistance varie suivant la tension appliquée est un varistor qui jouera, lui-même le rôle .de résistance d'amortissement ct de dissipation lorsque la tension appliquée à ses bornes aéra suffisante*
Dans d'autres formes de réalisation de l'invention. le circuit amortisseur contient an série une résistance et un semi-conductgeur à plusieurs couches, de préférence un dispositif à trois jonctions. oe dernier devenant conducteur lorsqu'une tension suffisante ( en l'espèce la tension dangereuse) sera appliquée à ses électrodes extrêmes ou entre l'une de ses électrodes extrêmes et une électrode de commande constituée par une des couches intermédiaires.
La résistance peut être fixe, ou dépendre de la tension qui lui est appliquée.
L'invention sera mieux.comprise en considérant les figures jointes au présent mémoire, dans lesquelles :
Figure 1 est le schéma d'un transformateur de tension
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à propos duquel'on exposera l'invention.
Figure 2 est un schéma du circuit de sortie d'un transformateur de tension suivant la figure 1.
Figure 3 est un graphique servant à illustrer l'in- vention.
Figure 4 est un schéma de circuit amortisseur suivant une première forme de réalisation de l'invention.
Figure 5 représente une variante du dispositif de la figure 4.
Figure 6 représente un circuit amortisseur suivant une deuxième forme de réalisation de l'invention.
Figure 7 est un schéma de circuit amortisseur compre- nant un dispositif à trois jonctions.
Figure 8 est un graphique analogue à celui de la figure 3, définissant la caractéristique de commutation d'un dispositif à trois jonctions.
Figure 9 est une variante du dispositif de la figure 7.
Figure 10 est un schéma d'une variante du dispositif de la figure 7.
Figure 'Il est un graphique analogue à celui de la figure 8 ,pour un dispositif fonctionnant sur deux alternances.
Figure 12 est un schéma oomportant un "commutateur symétrique" du type à quatre jonctions.
Figure 13 est un schéma comportant un thyristor équipé d'une diode de Zener et d'une diode ordinaire.
Figure 14 est un schéma d'une variante du dispositif de la figure 13.
Figure 15 est un schéma d'une autre variante de la figure 13.
Figure 16 est un schéma d'une variante de la figure
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Figure 17 est un schéma d'une variante de la figure 16.
Le transformateur de tension capacitif de la figure 1 oomprend un transformateur abaisseur de tension 1 dont le secondaire alimente (par les bornes 2 et 3) une charge non représentée en détail mais figurée par le bloc 10. Le circuit du primaire contient la capacité 4 et une bobine d'induction 5.
La borne 6 est reliée par le condensateur haute tension 8 à la borne 9 à laquelle s'applique le potentiel élevé. La borne 7 est à la masse, au moins en ce qui conoerne les fréquences industrielles. Dans les dispositifs classiques, les bornes 2 et 3 de sortie du transformateur de tension sont reliées à la charge 10.
Le phénomène de la ferro-résonance , lié à la satura- tion du noyau de fer du transformateur, s'annonce par l'appa- rition, au secondaire de celui-ci, d'une tension dépassant une certaine valeur critique, V . L'idée de base de l'invention consiste à introduire up système qui, lorsque cette tension est atteinte, impose une forte charge au circuit de sortie du transformateur de tension. Alors, après un temps court, la tendance aux phénomènes parasites disparaîtra. La variation de la charge en fonction de la tension peut se traduire.par un graphique I = f(V) tel que celui de la figure 3. Les conditions idéales correspondent au tracé en traits pleins.
Tant que la tension reste inférieure en valeur absolue à vc, l'intensité serait idéalement nulle, Au moment o la tension atteindrait la valeur vc, l'intensité devrait croître brusque- ment ( ce qui revient à dire que le secondaire du transforma-, . teur voit subitement une faible impédanoe). C'est le phénomène correctif désiré, apparaissant en temps opportun.
L'invention réalise une approximation de la loi idéale en substituant à la résistance fixe que certains ont
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proposé de brancher entre les bornes de sortie (et dont la loi serait la droite en traits mixtes de la figure 3), un élément dont la loi I= f (V) ou éventuellement I = f(V,t) s'approohera autant que possible de la loi idéale.
L'invention envisage trois modalités de réalisation de cette condition générale. Dans une première solution, l'élément correcteur est un varistor, élément dont la résis- tanoe varie de façon continue en fonotion de la tension qui lui est appliquée.La résistance du varistor diminue lentement d'abord. et beauooup plus vite lorsque la tension croît au-delà d'une certaine valeur. La caractéristique I = f(V) du varistor est tracée en pointillée à la figure 3. On voit qu'elle s'approche de la caractéristique idéale mais qu'elle en diffère toutefois par le fait que la puissance dissipée, pour une tension quelconque de la gamme des tensions permises, a une valeur non nulle. Dans cette forme de réalisation, le varistor constitue lui-même une résistance dissipatrice de chaleur.
Il est monté comme indiqué en 12 à la figure 4, à la place de la résistance que certains ont proposé d'utiliser ou, comme indiqué à la figure 5, en série avec une capacité 13 qui protégerait le circuit en cas de détérioration du varistor, outre son rôle déjà connu de modifier la fréquence de résonance.
Dans une autre solution conforme à l'invention, le circuit amortisseur proposé à la place de la résistance 11 est constitué par l'association en série d'un dispositif
14 comprenant au moins un sem-conducteur, et d'une résis- tance dissipatrice que l'on a désignée par 15. Le dispositif
14 peut être constitué d'un semi-conducteur à trois jonctions, par exemple d'un thyristor.
Le montage est alors celui de la figure 7, dans lequel l'électrode de commande 16 du
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thyristor est laissée non raccordée,
La figure 8 représente le diagramme I = f (V) bien connu du dispositif à trois jonctions( considéré seul)* Tant que la tension est inférieure à la valeur critique Vc, la caractéristique est représentée par la branche quasi ho- vizontale 19, On remarque que quel que soit V dans le domaine des valets inférieures a Vc, 1 est très faible.
La puissance dissipée est pratiquement nulle dans le thyristor et dans la résistance 15,Lorsque V a atteint la valeur Vc,la caracté- ristique change brusquement d'allure prenant la forme de la branche de courbe 20,
La puissance dissipée dans le thyristor est toujours très voisine de zéro et la puissance totale dissipée se réduit pratiquement à celle que dissipe la 'insistance 15. On voit que dans ce dispositif, la résistance 15 ne commence à fonc- tionner comme la résistance 11 de la figure 2 qu'au moment où la tension a atteint la valeur critique.
Dans une troisième solution conforme à l'inven- tion, la résistance dissipatrice 15 de la figure 6 est remplacée par un varistor.La figure 9 illustre cette varian- te avec un thyristor 21 connecté en série aveo un varistor 15'.
Tant que la tension est inférieure à la valeur critique Vc, le thyristor est bloqué de sorte que le varistor n'a aucun effet et la dissipation dans la branohe est pratiquement nulle.liais lorsque la tension atteint la valeur critique Vo, le thyristor commute et le varistor se trouve, à présent, inséré dans la branche et joue son rôle amortisseur. Cette commutation, semblabel à celle de la solution précédente, est cependant moins brutale, par suite de la caractéristique non linéaire du varistor (voir figure 3). Durant un temps
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court, celui-ci charge fortement le circuit) faisant disparaî- tre la ferre-résonance sous-harmonique.
Contrairement à la première solution (figure 4). le varistor, cette fois, ne provoque plus de dissipation permanente puisqu'il ne fonctionne qu'au moment où la tension dépasse la valeur critiqué.
En 'branchant en parallèle avec le dispositif à trois jonctions (16, 17, 18) indiqué globalement par 21 à la figure 10, un dispositif analogue mais d'orientation opposée, 21', on peut fonctionner sur deux alternances et le graphique 1 = f (V) de la figure 8 devient alors celui de la figure 11 qui s'explique de lui-même.
Le fonctionnement sur deux alternances peut être obtenu aussi en substituant à l'élément 21 de la figure 7 un "oommutateur symétrique" 22 (dispositif à quatre jonc- tions avec en général deux fils de liaison comme indiqué à la figure 12),
On peut aussi (figure 13) agir sur l'électrode de commande 16 du thyristor 21 en la reliant à l'anode 18. de ce dispositif par une chaîne comprenant une diode ordinaire 24 de même orientation et une diode de Zener opposée 23.La figure 14 montre un dispositif analogue conçu pour fonctionner sur deux alternances, l'ensemble 21', 23;, 24' étant identique à l'ensemble 21, 23, 24 mais d'orienta- tion opposée.
Le courant dans l'électrode de commande 16 peut être limité en prévoyant une résistance auxiliaire 25 entre l'électrode de commando et la cathode du ou des thyristors.La figure 15 montre un tel dispositif fonctionnant sur une alternance, tandis que la figure 16 montre un dispo- sitif semblable fonctionnant sur deux alternances, par groupement en parallèle et en opposition de deux ensembles 21, 23, 24, 25 et 21', 23'. 24' et 25'.
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La commande des thyristors peut se faire aussi en utilisant deux diodes de Zener en opposition ou un dispositif équivalents. Le montage correspondant, visible à la figure 17, comporte à cette fin une double diode de Zener, symétrique, indiquée par 26.
REVENDICATIONS.- l.- Dispositif de suppression des effets de la ferro- résonance dans des circuits comprenant des éléments à noyaux saturable,s par amortissement d'un circuit au moyen d'une résistance, notamment à la sortie d'un transformateur de tension capacitif, caractérisé en ce qu'aux bornes du cir- cuit à amortir est monté un circuit amortisseur contenant au moins un élément semi-conducteur tel que le courant qui le traverse augmente plus vite en fonction de la tension que ne le traduirait une loi linéaire simple.