Brevet FR2004974A1 — publié le 19691205

La présente invention se rapporte "aux' appareils 'de" mesure du type à induction et plus particulièrement aux appareils de aesure à induction qui répondent à une l'onction du produit de deux grandeurs variables-5 Certains aspects de l'invention sont applicables aus appareils à induction, en particulier à ceux gui répondent à une fonction de vol%—anpères. Ces appareils -à induction peuvent être utilisés pour indiquer ou intégrer des fonctions de volt-ampères telles que les vars ou watts, qui dépendent du produit 10 de la tension et de l'intensité présentes dans un circuit électrique alternatif. l'invention convient, en particulier, aux. watt-heuremètres du type à induction, et sera décrite en référence à ces appareils de mesures. 15 Dans un watt-heuremètre du type à induction classique, un flux magnétique de tension dérivé d'un enroulement de tension} et un flux magnétique d'intensité dérivé d'un enroulement d'intensité, produisent dans l'entrefer un cheap magnétique de décalage destiné à entraîner une armature électroconductrice. La, réponse 20 de 1*armature dépend des valeurs et de la relation de phase de ces "ïlux magnétiques. Selon la technique antérieure, la pratique classique consistait à régler le comportement à charge légère de l'appareil de mesure au moyen, d'un élément électroconducteur mobile. Ce ré-25 glage avait un effet secondaire sur la relation de phase des flux magnétiques. L'invention a pour objet de réaliser un watt-heuremètre du type à induction pourvu d'un, réglage magnétique perfectionné dépendant du flux magnétique de tension pour effectuer l'étalon-30 nage à charge légère désiré de 1*appareil* Selon la présente invention, l'appareil de mesure du type à induction comprend un dispositif magnétique de tension • pourvu d'une première et d'une seconde pièces polaires magnétiques disposées dans un premier plan commun, ses faces polaires 35 étant disposées pratiquement transversalement dans un second plan commun, un enroulement de tension ayant pour fonction, sous BAD ORKaîNAl/ 69 09375 2 200 4^97 4 ' l'excitation .fournie par une source alternative,, de diriger le flux magnétique de tension- dans les faces, polaires, afin d'établir des champs magnétiques alternatifs adjacents., à ces faces., et un dispositif de réglage comprenant un premier et un second.bras 5 :.iagn:îtic'ues situés en des positions interceptant" le flux, magnétique passait entre les faces polaires respectives et les champs magnétiques, aussi qu'-un- dispositif de .manoeuvre destiné à déterminer la position des bras magnétiques dans les directions transversales au premier plan. 10 Suit, à titre d'exemple, la description de l'invention en référence au dessin annexé, sur lequel ; — la fig. 1 est une vue schématique, avec certaines parties représentées en élévation, d'un watt-heuremètre réalise selon l'invention ; 15 - la fig. 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la 1 î - la fig» 3 est une élévation en bout d'une partie de 1'appareil des fig. 1 st 2 ; et -la fig. 4 est une vue de détail, en perspective, d'une 20 pcrtie du "bras de réglage. La fig. 1 représente un ua-tt-heuremètre 1 destiné à mesurer l'énergie fournie sur le circuit courant alternatif représenté par les conducteurs L1 et L2. Bien que ce circuit puisse être un circuit monophasé à trois fils, ou un circuit 25 polyphasé, on supposera que c'est un circuit à courant alternatif à deux fils, fonctionnant sur une fréquence de 60 cycles/seconde pour transmettre l'énergie électrique d'une ligne à une charge. Le uatt-heuremetre 1 comprend un stator ou ensemble électromagnétique qui se compose d'une section magnétique de tension 2, 30 d'une section magnétique d'intensité 3» et ô.'un enroulement. - ou bobine de tension 5. Les sections magnétiques sont construites de tôles -de matière ïiagnétique douce, • toile que lo fer au silicium» La section de tension 2. a la forme d'un 3,. .et présente un pôle de tension 11 et deux branches extérieures .13 et 15. La bobine de tension 5 entoure le.pôle 11. bad original 69 09375 3 2004974 La section magnétique d'intensité comporte deux pôles 17 et 19» qui sont espaças du pôle 11 de tension, afin de former un entrefer 21. Les pôles dTintensité 17» 19 sont formés de tôles de forme en U. Un enroulement d'intensité 7 entoure 5 une partie de ces tôles en U. La bobine de tension 5 comporte un grand nombre de tours de conducteur de cuivre de faible diamètre, alors que l'enroulement d'intensité 7 peut être construit d'un nombre relativement petit de tours de conducteur de cuivre de gros diamètre. On remarquera que le pôle 11 de 10 tension, les branches 13, 15 et les pôles d'intensité 17» 19» se situent tous pratiquement sur un plan commun. Une armature électroconductrice formée d'un disque 23 comporte une partie disposée dans l'entrefer 21» et est montée rotative sur l'axe du disque. Une partie de ce disque se situe 15 également dans l'entrefer d'un aimant permanent 25 aux fins d'amortissement. lorsque la bobine de tension 5 et l'enroulement d'intensité 7 sont correctement excités par les conducteurs L1 et L2, un champ magnétique de décalage, produit dans l'entrefer 21, 20 développe un couple agissant entre le disque 23 et l'électro--aimant dans le but de communiquer au disque une rotation sur son axe. La rotation du disque 23 dépend du produit de la tension entre les conducteurs L1, L2, de l'intensité passant dans ces conducteurs, et de décalage de phase entre cette intensité 25 e"t cette tension. La rotation du disque 23 peut être utilisée de toute manière convenable pour indiquer l'énergie fournie par les conducteurs L1, L2, par exemple en faisant fonctionner un compteur classique (non représenté). Afin de régler la relation de phase entre le flux magné-30 tique de tension actif et la tension appliquée à l'enroulement de tension, un parcours de fuite est établi pour, le flux de tension produit par 1 ' enroulement 5. Ce parcours de flux est couplé par une matière électroconductrice. Ainsi que représenté aux fig. 1 et 2» le parcours de 35 fuite prend la forme d'une applique 29 construite en matière magnétique douce, telle que l'acier laminé à froid. Les extrémités de cette applique sont fixées respectivement aux branches extérieures 13, 15, de toute manière convenable, par exemple au 69 09375 4 2004974 moyen des rivets 31® On remarquera que cette applique s'étend transversalement à l'extrémité libre du pôle 11 de tension et est espacée de celui-ci. En son centre, l'applique est percée d'un trou taraudé 5 destiné à recevoir mie vis mécanique 33 construite' en matière magnétique douce, telle que l,acier doux magnétique. La pointe de cette- vis peut dépasser dans un orifice 35 formé dans le pôle 11 de tension. ■ L'applique 29 et la vis 33 établissent un parcours pour le flux magnétique de fuite dérivé de la bobine de tension 5» et qui passe du pôle 11 à la vis 33» De cette vis 33» le parcours continue pa-r les deux branches parallèles formées par les deux moitiés de l'applique 29, jusqu'aux branches extérieures 13» 15» On peut régler la quantité de flux magnétique de fuite passant dans ce parcours en faisant tourner la vis 33 pour modifier sa position axiale par rapport au pôle 11 de tension. Le parcours magnétique formé par la vis 33 et l'applique 29 est utilisé pour charger de manière réglable la bobine 5 de tension. A cette fin, un élément électroconducteur est disposé de manière à être couplé par le flux magnétique passant dans ce parcours. Dans la forme de réalisation de la fig. 2, cet élément électroconducteur prend la forme d'un tube 37 qui peut être constitué de cuivre, et est concentrique à la vis 33- En fait, le tube 37 constitue un enroulement secondaire fermé d'un transformateur dont l'enroulement primaire est représenté par la bobine 5 de tension. Les pertes dues à l'intensité passant dans le tube 37 sont réfléchies en retour à la bobine 5 de tension. On règle la charge en manipulant la vis 33» et on utilise cette charge pour régler l'angle de décalage en arrière du flux magnétique dérivé de la bobine 5 de tension, par rapport à la tension appliquéefelcette dernière. Ce moyen permet d'amener le flux magnétique actif de tension appliquée par la bobine 5 à l'entrefer 21 et à l'armature 23 en quadrature avec le flux magnétique d'intensité appliqué par l'enroulement 7 à l'entrefer quand le watt-heuremètre fonctionne pour mesurer une charge d'un facteur de puissance égal à l'unité. BAD ORIGINAL 69 09375 5 2004974 La compensation de température de Classe II du watt--heuremètre peut être assurée comme suit, k insi que le montre la fig. 2, un manciion 39 d'un alliage austsnitique fer-nickel renfermant environ 30 7- de nickel, est disposé concentriquement 5 entre la vis 33 et le tube 37. Ce msn.ch.on e. un coefficient négatif de température de perméabilité sur la portée de températures de fonctionnement normal des watt—heuremètrès. Afin &'améliorer le rendement du watt-heuremètre, une languette magnétique douce 61 est située entre les faces polaires 10 des pôles 17, 19» d1intensité, avec sa face supérieure pratiquement dans le même plan que ces faces polaires. Cette languette est connectée au moyen d'un élément magnétique doux 63 à la partie médiane de l'applique 29. La languette 61, l'élément 63 et l'applique 29 sont construits d'une seule pièce, dans une tôle •15 de matière magnétique douce. La languette 61 est espacée de la face polaire du pôle 11 de tension, afin de former un entrefer dans lequel se situe l'armature 23- Le flux magnétique actif de tension, entre de ce pôle de tension dans cet entrefer, puis passe par la languette 20 61, l'élément 63, 1*applique 29 et les deux branches 13» 15» en parallèle, en retour au pôle 11 de tension. La construction jusqu'à ce point de la description particulière assure un bon rendement. Toutefois, on a constaté que la précision s'abaisse lorsque la bobine 5 de tension est excitée 25 sous une iension réduite. Par exemple, la bobine 5 peut être conçue pour son excitation sous une tension comprise dans la gamme de 240 volts au maximum. En supposant que la précision est de 100 5» quand la bobine est excitée par la tension ms-ximale, soit 240 volts, on a constaté que lorsqu'elle est excitée à la 30 moitié de cette tension, soit 120 volts, l'appareil de mesure fonctionne légèrement lentement, et la précision s'abaisse à 99 ou 98 Ça, à un facteur de puissance décalé en arrière de 50 fo. Bien que cette précision soit"suffisente pour un certain nombre d'applications du vatt-heuremètre, un perfectionnement de cette précision est désirable- BAD ORIGINAL' 69 09375 6 2004974 Le parcours suivi par le flux magnétique actif de tension est conçu de manière à se saturer clsns la gaiane de tension nominale pour laquelle le iratt—heuremètre est construit. Il est commode de donner à l'élément 63 la coupe transversale voulue 5 pour qu'il soit saturé lorsque la bobine de tension est excitée sous 249 volts. Toutefois, lorsque cette bobine est excitée sous 120 volts, la coupe transversale n'est pas saturée. On peut donnez' à cette construction les proportions voulues pour assurer au watt-heuremètre une précision pratiquement uniforme sur la gamme de tension de 240 volts à moins de 120 volts. A la fig. 1, la coupe transversale désirée de l'élément 63 est assurée par un trou 65 qui traverse celui-ci afin d'en diminuer la coupe transversale tout en assurant une rigidité suffisante des diverses parties. Pour assurer l'étalonnage à charge légère de l'appareil de mesure, on a recours aux faces polaires-auxiliaires de tension 13" et 1oL, que présentent les branches 13 et 15 à travers l'entrefer 21 des pôles d'intensité. Les flux magnétiques de tension passant d3XLs ces faces polaires pénètrent dans l'armature 23 et produisent des couples auxiliaires qui agissent sur cette dernière en sens opposés et sont effectifs aux conditions de charge légère. Par suite, tant que ces couples s'équilibrent, ils n'appliquent à l'armature aucun couple résultant. On effectue l'étalonnage de l'appareil de mesure en contrôlant l'équilibre entre les couples auxiliaires. A cette fin, des bras 67, 69 de matière magnétique douce, sont rappelés respectivement contre les faces polaires 13A, 15A, respectivement. Si ces bras sont disposés de manière à équilibrer les couples auxiliaires, les flux magnétiques fournis par ces faces polaires n'ont aucun effet résultent sur le couple appliqué à l'armature. Si l'on abaisse le bras 67, selon la fig. 2, et que l'on'remonte le bras 69, par rapport à leurs positions d'équilibre ou neutres, il s'ensuit un déséquilibre qui applique un couple résultant agissant sur l'armature dans une première direction. Si l'on fait mouvoir les bras en sens inverses, le déséquilibre' applique un couple résultant agissant sur l'arm-.ture dans une seconde direction, opposée à la première. bad original 69 09375 7 2004974 Bien que l'on puisse manoeuvrer ces bras indépendamment l'un de l'autre, il est préférable de les fixer tous deux à un levier ou organe 71 monte pivotant au moyen d'un rivet 73» sur le rebord horizontal 75A d'une applique 75 pour rotation sur un 5 axe vertical. L'applique 75 présente un rebord vertical 75B, fixé à la section de tension. Bien que le levier 71 puisse être construit de matière amagnétique, ce levier et les bras 67, 63 sont de préférence construits d'une seule pièce en tôle magnétique douce, telle que d'acier. Le levier 71 comprend une partie 10 71A dans le plan horizontal de laquelle dépasse les bras, et un rebord vertical 71B qui renforce le levier- Le réglage des bras 67, 69 s'effectue au moyen d'une noix 79 montée pivotante sur l'extrémité libre du levier 71 pour rotation sur un axe vertical. Une vis à tête 78 passe dans un 15 orifice formé dans une pièce fixe 80, fixée au stator de l'appareil de mesure, et se visse dans la noix 79. Un ressort hélicoïdal 81 entoure la vis et est comprimé entre la noix 79 et la pièce 80. Oe ressort rappelle donc le levier 71, sur l'axe du rivet 73, dans le sens des aiguilles d'une montre, selon la 20 fig. 2. La vis 78 est pourvue d'une fente de tourne-vis pour permettre de la faire tourner, de la face de l'appareil de mesure, pour 1'étalonnage à charge légère. L'applique 75 étant constituée de matière amagnétique, telle que le laiton ou l'aluminium, son rebord vertical 75B peut 25 faire fonction d*entretoise amagnétique pour un shunt 83, de matière magnétique douce, lequel peut être une barrette d'acier, adjacente aux extrémités libres du pôle 11 de tension et des branches 13 et 15. De plus, un autre espacement non magnétique du centre du pôle de tension 11 peut être assuré au moyen d'un 30 goujon à tête 84, de laiton ou d'aluminium, introduit dans l'orifice 35 du pôle 11, opposé au côté faisant face à la pointe de la vis 33- Le goujon 84 présente un corps qui passe dans l'orifice 35, et une tête de plus grand diamètre que cet orifice, cette tête ayant pour fonction d'espacer le shunt du pôle de 35 tension. En remplaçant ce goujon par un autre ayant une tête plus épaisse, on repousse davantage le shunt du pôle afin de diminuer son effet de shuntage. Les rivets 31» constitués de matière amagnétique, telle que le laiton ou l'aluminium, passent BAD ORIGINAL 69 09375 8 2004974 dans des trous du shunt 83, du rebord 75A, des tôles des branches 13» 15 et de 1*applique 29» afin de réunir solidement ces-diverses parties» Chacun des bras 67, 69.est rappelé contre la face polaire 5 associée 1£A ou 1-5A, par l'élasticité propre de la matière constituant des bras et le levier 71. Pour assurer un mouvement sans à-coup des bras sur les^ faces polaires, chacun de ceux-ci présente une saillie allongée 67A ou 69A, dépassant en direction de la face polaire associée. Ohaque saillie est formée par moulage 10 de la matière du bras associé, et est suffisamment longue pour chevaucher plusieurs tôles de la face polaire associée, essentiellement en un contact linéaire. Dans leurs positions neutres ou d'équilibre, les bras 67, 69 chevauchent des superficies inégales des faces polaires asso-15 ciées. Il eh est ainsi en raison de la construction asymétrique du levier 71. G*est pour cette raison que le bras 67 est repré- -sente plus court que le bras 69. Dans le cas de la construction illustrée, la gamme de réglage de charge est symétrique avec la -position mécanique relative du levier 71. 20 Si le comportement de 11 appareil de mesure à charge légère est inexacte, on règle la vis 78 en la faisant tourner afin de faire mouvoir les bras 67 et 69 en sens opposés sur les fa.ces polaires associées. Oette manoeuvre, en fait, décale magnétiquement le champ de flux magnétique de tension dans 1'entrefer, 25 dans l'un ou l'autre sens, selon le sens de rotation de la vis-On f«rit tourner la vis dans un sens, au degré convenable pour assurer l'étalonnage à charge légère- Qad °fl/Q 69 09375 9 2004974 RgVEEDigAglOUg- 1. — Appareil de nes'ore du type à induction, comprenant un dispositif magnétique de tension pourvu d'un.? première et d'un seconde pièces polaires magnétiques disposées dans un grenier pla commun, ses faces polaires étant disposées pratiquement transver-5 salement dans un second plan commun, un enroulement de tension ayant pour fonction, sous l'excitation fournie par une source alternative, de diriger le flux magnétique de tension dans les faces polaires afin d'établir des champs magnétiques alternatifs adjacents à ces faces, et un dispositif de réglage comprenant un 10 premier et un second bras magnétiques situés en des positions interceptant le flux magnétique passant entre les faces polaires respectives et les champs magnétiques, ainsi qu'un dispositif de manoeuvre destiné à déterminer la position des bras magnétiques dans les directions transversales au premier plan. 15 2« — Appareil de mesure selon revendication 1, caracté risé par le fait que le dispositif de manoeuvre comprend un élément magnétique, les bras et cet élément étant construits d'une seule pièce en matière magnétique douce. 3. — Appareil de mesure selon revendication 2, caracté-20 risé par le fait que l'élément magnétique est agencé pour mouvement pivotant par rapport aux pièces polaires, sur un axe parallèle au premier plan et pratiquement transversal au second plan. 4. - Appareil de mesure selon l'une ou l'autre des re-25 vendications 1 à 3» caractérisé par le fait que les bra.s sont rappelés en engagement sur les faces polaires- 5. - Appareil de mesure selon l'une .ou l'autre des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que l'élément magnétique est monté sur une applique constituée de matière amagnétique. 30 6. - Appareil de mesure selon revendications 4 ou 5, caractérisé par le feit que le dispositif de tension comprend un troisième pôle magnétique situé entre les première et seconde pièces polaires magnétiques de manière à former un E, un shunt magnétique s'étendant entre les première et seconde pièces 35 polaires, adjacent à la troisième pièce polaire, l'applique espaçant le shunt des première et seconde pièces polaires, l'enroulement établissant des forces magnétomotrices entre la face de la troisième pièce polaire magnétique et les faces des BAD ORIGINAL 69. 09375 10 2ÛQ4974 , première et seconds pièces polaires en parallèle» la - Appareil de mesure selon revendication 6, caractérisa par le fait que la troisième pièce polaire magnétique présente un trou destiné à recevoir une entretoise formée d'une 5 cheville située entre 1s. troisième pièce polaire magnétique et le shunt afin d'espacer ce dernier de cette pièce polaire. S.-Appareil de mesure selon l'une ou l'autre des précédentes revendications, caractérisé par le fait que le dispositif magnétique de tension comprend un certain nombre de tôles simi-10 laires, parallèles s,u premier plan, commun et fixées ensemble, chacun de ces bras présentant une saillie constituant un bord d'engagement s'étendant dans les sens de réglage de chaque bras et chevauchant au moins deux des tôles. 9. - Appareil de mesure selon l'une ou l'autre des 15 revendications précédentes, comprenant un dispositif magnétique d'intensité, de forme en C, pourvu de pièces polaires disposées parallèlement au premier plan commun et dont les faces polaires sont espacées des première, seconde et troisième pièces polaires magnétiques afin d'établir un entrefer, un enroulement d'inten-20 site ayant pour fonction, sous l'excitation de l'enroulement de tension par une source de courant alternatif, d'établir une force magnétomotrice entre les. faces polaires du dispositif magnétique d'intensité afin de créer, avec le dispositif magnétique de tension, un champ magnétique de décalage dans l'entrefer, et une 25 armature électroconductrice montée rotative par rapport au dispositif magnéti_ue et présentant une partie disposée dans l'entrefer pour qu'une rotation lui soit communiquée par le champ magnétique. 10." - Appareil de mesure selon revendication 9, caracjfé-30 risé par le fait que l'élément magnétique est pourvu d'un prolongement de manoeuvre dépassant, parallèlement au premier plan commun, dans l'une de ses positions, de l'un des bras dans un sens d'éloignement de l'autre bras, le bras adjacent au prolongement chevauchant une p.rtie de la face polaire associée plus 35 petits que l'autre bras lorsque le prolongement occupe la pre— riièz'e position afin d'appliquer- à l'armature un effet d'équilibre à charge légers, de telle sorte que les réglages positifs ot négatifs du prolongement soit pratiquement équilibrés autour de cette position. i 410 °»iginal. 69 09375 n 2004974 11. — Appareil de mesure selon revendication 10, caractérisé par le fait qu'une noix pivotante est montée sur le prolongement, et s,associe à une vis montée, par rapport au dispositif ma^nétique, pour rotation sur un axe pratiquement transver- 5 sal au premier plan commun, des moyens empêchant le mouvement axial de la vis par l'apport à sa monture. dans un sens et un ressort absorbant tout mouvement perdu entre la monture de 1 ci vis et la noix. 12. - Appareil de mesure selon l'une .ou l'autre des 10 revendications 6 à 11, caractérisé par le fait que le shunt passe adjacent à la troisième pièce polaire magnétique, cette dernière présentant une ouverture adjacente au shunt, et une entretoise amagnétique comportant un corps convenablement disposé dans cette ouverture, ainsi qu'une tête espaçant le shunt de la troisième 15 pièce polaire, de sorte que l'on puisse choisir une entretoise dont l'épaisseur de tête est celle voulue pour "que le shunt assure l'effet désiré.