Dispositif wattmétrique.
La présente invention concerne un dis positif wattmétrique de puissance active, réactive ou complexe, caractérisé par un enroulement de tension qui est monté dans un réseau de résistances, réactances et capacitances, de façon que, pour la fréquence nominale, le courant qui le traverse soit pratiquement indépendant de l'impédance de la branche qui contient cet enroulement.
Ce résultat peut tre obtenu à l'aide d'un dispositif capable de transformer une tension constante en un courant constant.
L'invention s'applique plus particulièrement aux varmètres ou wattmètres de puissance réactive du type électrodynamique et aux relais employant les mmes éléments, mais elle convient aussi aux appareils d'autres types. Dans ce qui suit, pour fixer les idées, on supposera d'abord qu'il s'agit de varmètres ou de relais varmétriques, du type électrodynamique, comportant un enroulement de courant et un enroulement de tension analogues à ceux d'un wattmètre (de puissance active). Dans ce cas, on sait qu'il suffit de faire en sorte que le courant dans la bobine de tension soit proportionnel à la tension aux bornes du circuit dont on mesure la puissance réactive et en quadrature avec cette tension, la bobine de courant+étant parcourue par le courant de ce circuit un courant proportionnel et en phase avec lui.
Ce résultat peut tre obtenu facilement par un ajustage convenable des résistances, des réactances et des capacitances.
Les fig. 1,2 et 3 du dessin schématique annexé indiquent, à titre d'exemples, trois montages pour varmètres ou dispositifs varmétriques conformes à l'invention, montages qui seront justifiés dans la suite.
Dans la fig. 1 de ce dessin, 1 représente un circuit dont on mesure la puissance réactive, 2 et 2'sont les bobines du varmètre alimentées par le courant du circuit 3 est la bobine du circuit de tension montée en série avec un condensateur 4, l'ensemble 3-4 étant monte en dérivation sur une bobine de réactance 5 ; les deux circuits ainsi dérives sont montés en série avec un condensateur 6 et une résistance peu inductive 7.
En ajustant convenablement la réactance de la bobine 5 (sa résistance effective étant supposée donnée), la capacité du condensateur 6 et la résistance 7, on obtiendra, pour une fréquence donnée, le courant dans la bobine 3 de valeur voulue et en quadrature avec la différence de potentiel entre les bornes A et B du circuit d'utilisation, ce courant étant indépendant de la résistance, de la réactance et de la capacitance du circuit 3,4. D'autre part, en donnant à la capacité 4 une valeur convenable, la fréquence influe peu sur la valeur efficace du courant et sur sa phase.
On démontre que, si pour la fréquence nominale f a, on désigne par ru et su les valeurs de la résistance effective et de la réactance de la bobine 5, par r la valeur de la résistance 7, par s la capacitance du condensateur 6, par su la capacitance du condensateur 4 et par fi la résistance de la bobine 3, dont on suppose la réactance négligeable, les conditions théoriques pour obtenir un courant dans la bobine 3 en quadrature avec la tension entre les bornes A et B sont :
s ro
so=s
so-st en supposant les résistances faibles par rapport aux réactances et aux capacitanoes (ce qui est réalisé normalement).
D'autre part, si s, est voisin de 0,5 so, l'influence de la fréquence sur la mesure de la puissance réactive dans le voisinage de la fréquence fo sera faible.
Pratiquement, on ajustera les valeurs des diverses grandeurs suivant les conditions particulières de 1'emploi du varmetre. Ainsi, par exemple, pour s, = 0.5 so, l'influence de la fréquence sera très faible sur la valeur efficace du courant dans la bobine 3 ; par contre, en donnant à Si des valeurs plus faibles, on réduit l'influence de la fréquence sur le déphasage entre ce courant et la tension entre les bornes A et B.
La fig. 2 représente un montage analogue à celui de la fig. 1, dans lequel les mmes lettres et chiffres ont les mmes significations. La différence entre le montage de la fig. 2 et celui de la fig. 1 consiste dans le fait qu'à la place du condensateur 4 on monte en série avec la bobine 3 une bobine de réactance 4'et que l'ensemble est monte en parallèle avec le condensateur 6 et la résistance 7 en série.
Les conditions de quadrature sont :
SoSl
so==set==---H)
81 avec la mme signification des lettres que dans le montage précédent, sauf que s, est la valeur absolue de la réactance de la bobine 4'.
Les conditions de faible influence de la fréquence sur la valeur efficace du courant dans la bobine 3 et sur son déphasage par rapport à la tension entre les bornes A et B sont à peu près les mmes que dans le cas précédent.
La fig. 3 indique un montage en pont de
Wheatstone. Le circuit dont on mesure la puissance réactive est toujours désigné par 1 et il est monté en série avec la bobine de courant 2,2'du varmètret Entre les bornes
A et B du circuit 1 est disposé un pont de
Wheatstone fermée de deux réactances 5 et 5'et de deux ensembles condensateur-résis- tance 6,7 et 6', 7'. Sur la diagonale CD du pont est monté le cadre 3, comportant ici en série une résistance, réactance ou capacitance 8, ou une combinaison de ces éléments.
On démontre que, pour avoir la quadrature entre le courant dans le 3 et la différence de potentiel entre les bornes A et B, il suffit d'avoir les relations : s = s = go = Sto (So et s'O tant les réactances des bobines 5 et 5 ; s et s'les valeurs absolues des capacitanees des condensateurs 6 et 6') et r = rO = r'= r'o, ro et r'o étant les résistances des bobines 5 et 5', r et r' celles des résistances 7 et 7'.
D'autre part, on a une faible influence de la fréquence autour de la fréquence nominale en laissant seule dans sa diagonale la bobine 3, de réactance négligeable devant sa résistance.
Pourtant dans les conditions pratiques, si on monte en série avec la bobine 3 une ré sistance pratiquement non inductive 8, on peut la faire varier dans certaines limites sans influer sensiblement sur l'erreur de fré- quence.
Il est évident que les montages ci-dessus ne sont donnés qu'à titre d'exemple nullement limitatif et que tout varmétre ou dispositif varmétrique, dont le circuit de tension est monte de façon que le courant qui le traverse soit pratiquement indépendant de son impédance, entre dans le cadre de la présente invention.
De mme les relations ci-dessus entre les diverses grandeurs ne sont données qu'à titre de renseignements.
Les varmètres montés comme indiqué cidessus possèdent, comme on l'a vu sur les exemples, la propriété remarquable d'tre peu influencés par la fréquence dans le voisinage de la fréquence nominale. Ils possèdent une autre propriété, qui présente souvent un grand intért pratique et qui sera indiqué ciaprès avec quelques détails.
Dans les appareils électrodynamiques, le courant dans le circuit de courant produit, dans la bobine de tension, une force électromotrice en quadrature avec lui ; le courant dans le circuit de tension qui en résulte a une valeur et une phase qui dépendent de la nature de ce circuit.
L'action de l'un des courants sur l'autre produit un couple parasite qui gne le fonc tionnement de l'appareil. Ce couple parasite est surtout nuisible dans les relais électrodynamiques à fer.
Dans les appareils représentés, ce couple parasite est nul ou très faible, tandis qu'il peut tre très important dans les appareils de puissance réactive ou complexe, de construction courante. Si on examine, par exemple, le montage de la fig. 3, on constate que le circuit se comportant par rapport à la force électromotrice induite dans l'enroulement 3 comme une impédance négligeable, l'ensemble du pont A B C D se comporte par rapport à cette force électromotrioe comme deux circuits antirésonants (5,6', 7') et (5', 6,7) en série. Le courant produit dans 3 par la force électromotrice induite sera donc extrmement faible et pratiquement en phase avec elle, donc en quadrature avec le courant dans le circuit de courant, et le couple provenant de l'action du dernier courant sur le premier sera nul.
Un examen analogue des montages des fig. 1 et 2 montre que le couple parasite en question ne sera pas nul, mais très petit, à cause du circuit antirésonant 5,6,7, qui se trouve en série avec la bobine 3 par rapport à la force électromotrice induite dans celle-ci par le courant principal.
L'invention s'applique naturellement aussi à tout appareil ou dispositif contenant des éléments réactifs, tels, par exemple, les relais de réactance.
Dans certains de ces relais on superpose dans la bobine de tension, au courant provenant de la source de tension, un courant proportionnel au courant principal et obtenu par un transformateur de courant ou par tout autre moyen convenable. Ce dispositif s'applique aussi aux montages suivant la pré- sente invention.
La fig. 4 donne un exemple d'application à un appareil (réatancemétre) monté suivant la fig. 3. Dans la fig. 4, les lettres et les chiffres communs ont la mme signification que dans la fig. 3 ; 9 est un transformateur de courant, dont le primaire 10 est parcouru par le courant du circuit 1, tandis que le secondaire 11 est fermé sur l'enroulement 3.
Un montage analogue s'applique aux autres dispositifs suivant la présente invention et permet d'obtenir par l'action de la bobine 2,2'sur la bobine 3 un couple de la forme e : aZTI sin cp-b12, a et b étant des constantes et ç le déphasage du courant I dans le circuit 1 par rapport à la tension U à ses bornes,
Les dispositifs de la présente invention s'appliquent aussi aux appareils de puissance complexe (wattmètres, relais, ou autres) ou aux appareils contenant des éléments de puissance complexe, par exemple certains relais d'impédance.
On peut obtenir des appareils de puissance complexe par un réglage approprié des éléments du réseau ou en s'arrangeant de fa çon que le courant dans la bobine 3 (ou le champ magnétique qu'elle produit) ne soit pas en phase avec le courant dans le condensateur 4 (par exemple, en shuntant l'enroulement 3 par une bobine de réactance), ou encore en donnant au réseau le réglage correspondant au varmètre et en s'arrangeant de fa çon que le courant dans le circuit 2,2' (ou le champ magnétique produit par ce circuit) ne soit pas en phase avec le courant dans le circuit 1.
La fig. 5 donne un montage d'un appareil de puissance complexe, dans lequel on a obtenu le déphasage entre le courant dans l'enroulement 2,2'et celui dans le circuit 1, en shuntant l'enroulement par une bobine de réactance 12. Les autres chiffres et lettres ont la mme signification que dans les figures précédentes. Par ce montage, on augmente l'influence de la fréquence, mais on garde la propriété d'un couple parasite d'induction mutuelle nul ou négligeable.
Dans la fig. 5, on a supposé l'artifice appliqué au montage de la fig. 1, mais il s'applique à n'importe quel montage suivant l'invention.
Les montages analogues à ceux de la fig. 4 s'appliquent aussi aux appareils de puissance complexe ou contenant des éléments de puissance complexe, comme par exemple certains relais d'impédance.