Brevet FR2547104A1 — publié le 19841207

La présente invention concerne un transformateur de tension de haute précision, comprenant une tension alternative de référence, reliée par un enroulement de réaction à l'entrée d'un amplificateur régulateur, et en plus de ce dernier un transformateur comportant l'enroulement de réaction, un enroulement d'aimantation et un enroulement de sortie, la sortie de l'amplificateur régulateur agissant par induction sur l'enroulement de réaction, par l'intermédiaire de l'enroulement d'aimantation de façon que la tension d'entrée résultante de l'amplificateur régulateur soit sensiblement nulle et que 10 la chute de tension aux bornes de l'enroulement de réaction soit transformée en une tension aux bornes de l'enroulement de sortie correspondant aux nombres de spires des enroulements de sortie de réaction. De tels transformateurs de tension sont par exemple utilisés 15 sur des plates-formes d'essai de compteurs d'électricité, dans les compteurs d'essai et des compteurs de facturation Ils ne doivent présenter qu'une très faible erreur propre. Un transformateur de tension du type précité est décrit dans la demande de brevet britannique publiée sous le n 2 034 998 A. En cas d'emploi de transformateurs, les erreurs propres de transformateurs de tension dépendent très fortement du matériau magnétique utilisé, c'est-à-dire des t 8 les du noyau feuilleté du transformateur. Cette influence est évitée comme suit dans le transformateur de tension connu: les enroulements importants du transformateur ne sont parcourus 25 par aucun courant notable, de sorte que la résistance cuivre et l'inductance de dispersion n'interviennent pas Cela exige sur le transformateur la présence d'un enroulement d'aimantation, qui excite le noyau de façon que la tension interne nécessaire apparaisse sur un enroulement produisant une réaction négative, mais qu'aucun courant 30 sensible ne traverse car il est chargé par la forte impédance d'entrée d'un amplificateur Une compensation active, c'est-à-dire une régulation, assure le réglage de cette tension interne de façon qu'une tension alternative de référence, alimentant le transformateur de tension, apparaisse aux bornes de l'enroulement de réaction. Un avantage de cette solution réside dans le fait que la puissance magnétisante ne doit pas être totalement fournie par un amplificateur régulateur, mais que la partie principale est fournie par la source de tension alternative de référence et que l'amplificateur régulateur ne fournit qu'une faible partie, représentant 1 % au maximum Il en résulte les avantages suivants: un dimensionnement important de l'amplificateur régulateur et de son alimentation est inutile, le gain peut être plus faible pour un même bon résultat de régulation, et la tension de décalage, qui peut faire passer le noyau du transformateur à la saturation, se maîtrise plus facilement. 10 L'invention vise à modifier le schéma du transformateur de tension de façon à réduire le nombre d'enroulements nécessaires du transformateur et à éviter l'influence de la tension de décalage de l'amplificateur régulateur, sans oscillation de la boucle de régulation Il s'agit également d'éviter que l'amplificateur régulateur 15 doive fournir son courant total dans le domaine de fonctionnement non classique d'amplificateurs opérationnels du commerce, qui ne sont pas dimensionnés pour cet usage L'alimentation de l'amplificateur régulateur présente en outre dans ces conditions de travail un très mauvais rendement, qu'il s'agit également d'éviter. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, l'enroulement d'aimantation est d'une part relié à la sortie de l'amplificateur régulateur et d'autre part alimenté par la tension alternative de référence. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront 25 mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente le schéma électrique d'un transformateur de tension; la figure 2 représente le schéma électrique d'une première variante 30 d'un amplificateur régulateur; et la figure 3 représente le schéma électrique d'une seconde variante de l'amplificateur régulateur. Les mêmes références désignent des pièces identiques sur toutes les figures. L'entrée du transformateur de tension 1 selon figure 1 est ali- 2547 04 mentée par une source 2 à faible impédance, qui délivre une tension alternative de référence ul, et reliée simultanément, dans l'ordre indiqué, d'une part à une entrée 5 d'un amplificateur régulateur 7, par un premier contact de commutation 3 a et d'une prise As B ou C d'un enroulement de réaction 4 a, et d'autre part à une sortie 6 dudit amplificateur par un second contact de commutation 3 b et d'une prise D, E ou F d'un enroulement d'aimantation 4 b Les deux enroulements 4 a et 4 b peuvent naturellement comporter aussi plus de trois prises. Les deux contacts de commutation 3 a et 3 b font partie d'un commuta10 teur bipolaire commun 3 à trois positions, et les deux enroulements identiques 4 a et 4 b d'un transformateur 4 commun, qui comporte en outre un troisième enroulement, à savoir un enroulement de sortie 4 c. Les deux bornes de cet enroulement de sortie 4 c constituent la sortie bipolaire du transformateur de tension 1. Une première variante de l'amplificateur régulateur 7 selon la figure 2 est constituée par un premier amplificateur 8 et un second amplificateur 9 L'entrée 5 de l'amplificateur régulateur 7 est simultanément l'entrée du premier amplificateur 8 Dans cette première variante, le premier amplificateur 8 est branché en cascade 20 avec le second amplificateur 9 et son entrée est reliée dans ce dernier, par une première résistance Ri, à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel régulateur 10, dont la sortie, qui constitue simultanément la sortie de-l'amplificateur 9, est reliée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur 10 par un couplage en parallèle 25 R 2, C 1 produisant une réaction négative et à l'entrée noninverseuse par une troisième résistance R 3 produisant une réaction positive, ladite entrée non inverseuse étant en outre reliée à la masse par une quatrième résistance R 4 Le couplage en parallèle R 2: C 1 est constitué par une deuxième résistance R 2 et un condensateur Cl. La résistance Rl est sensiblement égale à la résistance R 4 et la résistance R 2 sensiblement égale à la résistance R 3, c'est-à-dire que les deux réactions sont égales. L'amplificateur 8 présente un gain supérieur à l'unité ou, dans une forme de réalisation préférentielle, un gain unitaire et est alors 35 selon figure 2 équipé de façon connue en suiveur de tension à l'aide d'un second amplificateur opérationnel 11, dont la sortie, qui constitue simultanément la sortie du premier amplificateur 8, et l'entrée inverseuse sont reliées directement par une liaison de courtcircuit, tandis que son entrée non inverseuse constitue l'entrée de l'amplificateur 8. La seconde variante représentée à la figure 3 est également constituée par un premier amplificateur 8 et un second amplificateur 9 Elle comprend simplement en outre un second transformateur 12 avec un enroulement primaire 12 a et un enroulement secondaire 12 b L'entrée 5 de l'amplificateur régulateur 7 constitue de nouveau l'entrée de l'amplificateur 8; la sortie 6 de l'amplificateur régulateur 7 est par contre reliée à l'entrée de l'amplificateur 9 La sortie de chacun des deux amplificateurs 8 et 9 est reliée dans cette variante à une borne de l'enroulement primaire 12 a, tandis 15 qu'une borne de l'enroulement secondaire 10 b est à la masse et la seconde borne est reliée à la sortie 6 de l'amplificateur régulateur 7, dont elle constitue ainsi la sortie Le rapport u 4/u 6 du second transformateur 12 doit être choisi étal au gain k 2 de l'amplificateur 9 La valeur u 4 désigne la tension primaire et u 6 la tension de sortie de l'amplificateur régulateur 7, qui est ici égale à la tension secondaire du second transformateur 12. Les deux amplificateurs 8 et 9 de la seconde variante sont par exemple de constitution identique Ils peuvent toutefois présenter des gains différents grâce au choix de résistances différentes. 25 Ils sont par exemple constitués chacun par un amplificateur opérationnel 13 ou 14, équipé de façon connue en amplificateur noninverseur avec une résistance de masse R 5 ou R 6, une résistance de réaction R 7 ou R 8 et un condensateur de réaction C 2 ou C 3, la résistance de réaction R 7 ou R 8 étant en parallèle avec le condensateur de réaction correspondant C 2 ou C 3, et la réaction se faisant toujours entre la sortie de l'amplificateur opérationnel 13 ou 14 et son entrée inverseuse, tandis que la résistance de masse R 5 ou R 6 met l'entrée inverseuse à la masse. Dans les deux variantes, l'enroulement d'aimantation 4 b, l'amplificateur régulateur 7 et l'enroulement de réaction 4 a forment 2547104: une boucle de régulation qui agit de façon que la tension d'entrée u 5 de l'amplificateur régulateur 7 soit sensiblement nulle, c'est-àdire que la chute de tension aux bornes de l'enroulement de réaction 4 a soit sensiblement égale à la tension alternative de référence ul. Ce résultat est obtenu comme suit L'impédance d'entrée du premier amplificateur 8 étant élevée dans les deux variantes, l'impédance d'entrée de l'amplificateur régulateur 7 est toujours élevée, c'est-à-dire que le courant i 2 circulant dans l'enroulement de réaction 4 a est sensiblement nul, de sorte que il = i 2 + i 3 u i 3, il étant le courant délivré par la source 2 de tension alternative et i 3 le courant circulant dans l'enroulement d'aimantation 4 b. Dans la première variante, le courant i 3 circule dans l'enroulement d'aimantation 4 b (cf figure 1) et, par la sortie 6 de l'amplifica15 teur régulateur 7 du second amplificateur 9 (cf figure 2), dans la faible impédance de sortie de l'amplificateur opérationnel régulateur 10 Dans la seconde variante, le courant i 3 circule également dans l'enroulement d'aimantation 4 b (cf figure 1) et, par la sortie 6 de l'amplificateur régulateur 7 du second amplificateur 9 20 (cf figure 3), dans l'enroulement secondaire 12 b du second transformateur 12. Dans les deux variantes, ce courant i 3 induit dans l'enroulement de réaction 4 a, par l'intermédiaire du noyau du transformateur 4, une tension sans courant u 2 s'opposant à la tension alternative 25 de référence ul. On obtient les équations suivantes: u 1 = u 2 + u 5 = u 3 + u 6 ( 1) u 3 étant la chute de tension aux bornes de l'enroulement d'aimantation 4 b, et u 6 = k u 5 ( 2) k étant le gain de l'amplificateur régulateur 7. Dans la première variante selon figure 2, la tension différentielle d'entrée de chaque amplificateur opérationnel doit tpujours être nulle, en négligeant les courants dans les entrées à impédance 35 élevée de l'amplificateur opérationnel régulateur 10: kl.u 5 + (u 6 kl u 5) R 1/(R 1 + R 2) u 6 R 4/(R 3 + R 4) = O ou, avec R 1 = R 4 et R 2 = R 3, kl.u 5 kl u 5 R 1/(R 1 + R 2 à = O. R 1/(R 1 + R 2) différant toujours de l'unité, on doit donc comme pré5 cédemment indiqué avoir u 5 = O. kl désigne dans les équations précédentes le gain du premier amplificateur 8 et est par exemple égal à l'unité. Dans la seconde variante, on a par contre: u 4 = k 2 u 6 kl u 5 et u 6 = u 4/k 3, k 2 étant le gain du second amplificateur 9 et k 3 le rapport u 4/u 6 du second transformateur 12. On obtient par suite: u 6 = u 4/k 3 = (k 2 u 6 kl u 5)/k 3. En adoptant k 2 = k 3, on obtient: u 6 = u 6 (kl/k 2) u 5, c'est-à-dire que u 5 = O dans ce cas également. Dans les deux variantes, la sortie de l'amplificateur régulateur 7 agit ainsi par induction sur l'enroulement de réaction 4 a, par l'intermédiaire de l'enroulement d'aimantation 4 b, de façon que la 20 tension d'entrée résultante u 5 de l'amplificateur régulateur 7 soit nulle. Comme par ailleurs u 6 = k u 5 dans les deux variantes, selon l'équation ( 2), u 6 est dans les deux variantes sensiblement nulle ou au moins très faible, de sorte que selon l'équation ( 1), on a 25 approximativement ul = u 2 = u 3. La chute de tension aux bornes de l'enroulement de réaction 4 a est finalement transformée en une tension aux bornes de l'enroulement de sortie 4 c correspondant aux nombres de spires des enroulements de sortie 4 c et de réaction 4 a. Le commutateur 3, les prises A, B et C de l'enroulement de réaction 4 a et les prises D, E et F de l'enroulement d'aimantation 4 b servent uniquement à obtenir une même tension de sortie du transformateur de tension 1 pour diverses valeurs dd la tension alternative de référence ul. Bien entendu, diverses modifications peuventêtre apportées 2547 04: par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1 Transformateur de tension de haute précision, comprenant une tension alternative de référence, reliée par un enroulement de réaction à l'entrée d'un amplificateur régulateur, et en plus de ce dernier à un transformateur comportant l'enroulement de réaction, un enroulement d'aimantation et un enroulement de sortie, la sortie de l'amplificateur régulateur agissant par induction sur l'enroulement de réaction, par l'intermédiaire de l'enroulement d'aimantation, de façon que la tension d'entrée résultante de l'amplificateur régulateur soit sensiblement nulle et que la chute de tension aux bornes de l'enroulement de réaction soit transformée en une tension aux bornes de l'enroulement de sortie correspondant aux nombres de spires des enroulements de sortie et de réaction, ledit transformateur de tension étant caractérisé en ce que l'en15 roulement d'aimantation ( 4 b) est d'une part relié à la sortie de l'amplificateur régulateur ( 7) et d'autre part alimenté par la tension alternative de référence ( 2). 2 Transformateur de tension selon revendication 1, caractérisé en ce que l'amplificateur régulateur ( 7) comporte un premier ampli20 ficateur ( 8) et un second amplificateur ( 9), l'entrée de l Vamplificateur régulateur ( 7) constituant simultanément l'entrée du premier amplificateur 8 et les deux amplificateurs ( 8, 9) étant branchés en cascade; l'entrée du second amplificateur ( 9) est reliée par une première résistance (R 1) à l'entrée inverseuse d'un ampli25 ficateur opérationnel régulateur ( 10), dont la sortie constitue simultanément la sortie du second amplificateur ( 9) et est reliée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel régulateur ( 10), par le couplage en parallèle d'une deuxième résistance (R 2)et d'un condensateur (C 1) pour la production d'une réaction négative, 30 et à l'entrée non inverseuse par une troisième résistance (R 3) pour la production d'une réaction positive, ladite entrée non inverseuse étant en outre reliée à la masse par une quatrième résistance (R 4); et les réactions positive et négative du second amplificateur ( 9) sont égales. 3 Transformateur de tension selon une des revendications 1 ou 2, 2547104. caractérisé en ce que le premier amplificateur ( 8) présente un facteur unitaire et est équipé en suiveur de tension. 4 Transformateur de tension selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier amplificateur ( 8) présente un gain très supérieur à l'unité. Transformateur de tension selon revendication 1, caractérisé en ce que l'amplificateur régulateur ( 7) comprend un premier amplificateur ( 8), un second amplificateur ( 9) et un second transformateur ( 12); l'entrée ( 5) de l'amplificateur régulateur ( 7) constitue 10 simultanément l'entrée du premier amplificateur ( 8); la sortie ( 6) de l'amplificateur ( 7) est reliée à l'entrée du second amplificateur ( 9); et les sorties des deux amplificateurs ( 8, 9) sont reliées chacune à un pale de l'enroulement primaire ( 12 a) du second transformateur ( 12), dont l'enroulement secondaire ( 12 b) constitue la sortie de l'amplificateur régulateur ( 7) et dont le rapport (u 4/u 6) est égal au gain (k 2) du second amplificateur ( 9). 6 Transformateur de tension selon une des revendications 1 ou 5, caractérisé en ce que le premier amplificateur ( 8) présente un gain très supérieur à l'unité.