VIRTUAL AIR-GAP PRINCIPLE - CHARACTERISATION - APPLICATIONS
ENTREFER VIRTUEL - PRINCIPE - CARACTÉRISATION - APPLICATIONS
Résumé
The virtual air-gap (VAG) is based on the use of an auxiliary winding (AW) located inside a magnetic core and composed of one or more main winding(s) (MW). A current with adjusted value is injected in the AW, it induces around a local magnetic saturation. Physically, the effects observed on the experimental system are very similar to those of devices with a real built-in air gap. The originality of the method is the control of the air-gap thickness by the AW current.
First, the study deals with the presentation of the principle of the VAG. Secondly experimentations and numerical simulations based on the finite element method are presented. The results allow to give the equivalent thickness of the air-gap in relation to the injected current. Then, simple analytical relations can be deduced (the equivalent air-gap thickness is proportional to the injected current and inversely proportional to the main flux in the core).
A numerical simulation about the reluctance calculation allows to improve the analytical relations.
The practical applications of the virtual air-gap can be :
- the reduction of the inrush current when a transformer is energised,
- the reduction of the current harmonics of a transformer connected to a non linear load.
The experimental results show the interest of the virtual air-gap
Concerning the first application, the reduction reaches 40% in the worst cases.
Using this technique the transformer manufacturers could increase the transformer efficiency in a steady-state-condition. At the moment, this reduction is done by increasing the leakage inductances of the transformer. The reduction of the inrush current allows to reduce the calibration of the intensity protection, and so to be better protected against short circuit.
L’entrefer virtuel repose sur la mise en œuvre d’un enroulement auxiliaire (EA) inséré au sein d’un circuit magnétique portant un ou plusieurs enroulements principaux (EP). Un courant injecté dans l’EA, dont la valeur est ajustée de façon à générer une saturation locale, engendre, au voisinage de l’EA, une zone équivalente à un entrefer mécanique d’épaisseur variable contrôlée par ce courant.
Après avoir présenté le principe physique conduisant à la réalisation de cet entrefer virtuel, des expérimentations et des simulations numériques basées sur la méthodes des éléments finis sont présentées afin de caractériser l’épaisseur de l’entrefer mécanique équivalent fonction du courant injecté. A partir de ces résultats, des relations analytiques simplifiées expliquent les tendances obtenues (épaisseur d’entrefer proportionnelle au courant injecté dans les EA et inversement proportionnelle au flux principal dans le circuit magnétique). Enfin une simulation numérique sur le calcul des réluctances permet de corriger les expressions analytiques simplifiées. On peut citer comme applications :
-la réduction de l’appel de courant à l’enclenchement d’un transformateur.
-la dépollution des réseaux par l’atténuation du taux d’harmoniques du courant d’entrée d’un transformateur alimentant un récepteur non linéaire.
Concernant la réduction de l’appel de courant, cette réduction atteint 40% pour les conditions d’enclenchement les plus défavorables. L’adoption de cette technique d’entrefer virtuel par les industriels permettrait d’améliorer les performances des transformateurs en régime de fonctionnement normal. En effet, à l’heure actuel la réduction des courants d’appels se fait en augmentant les inductances de fuites du transformateur par construction. Ce qui a des conséquences néfastes en fonctionnement normal. Une réduction de ces courant d’appels permet de diminuer les calibres de protection, sans déclenchement intempestif qui se trouvent en amont de l’installation électrique.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)