Principe de fonctionnement Construction et Types du relais à tasse d'induction

Relais à tasse d'induction

Ce relais n'est rien de plus qu'une version du relais à disque d'induction. Le relais à tasse d'induction fonctionne sur le même principe que le relais à disque d'induction. La construction de base de ce relais est similaire à celle d'un moteur à induction à quatre pôles ou huit pôles. Le nombre de pôles dans le relais de protection dépend du nombre d'enroulements à loger. La figure montre un relais à tasse d'induction à quatre pôles.
En réalité, lorsque l'on remplace le disque du relais d'induction par une tasse en aluminium, l'inertie du système rotatif du relais est considérablement réduite. En raison de l'inertie mécanique faible, la vitesse de fonctionnement du relais à tasse d'induction est beaucoup plus élevée que celle du relais à disque d'induction. De plus, le système de pôles projetés est conçu pour fournir un couple maximal par VA d'entrée.

Dans l'unité à quatre pôles, illustrée dans notre exemple, les courants de Foucault produits dans la tasse en raison d'une paire de pôles, apparaissent directement sous l'autre paire de pôles. Cela fait que le couple par VA de ce relais est environ trois fois supérieur à celui du relais à disque d'induction avec un électroaimant en forme de C. Si la saturation magnétique des pôles peut être évitée par conception, les caractéristiques de fonctionnement du relais peuvent être rendues linéaires et précises pour une large gamme de fonctionnement.

Principe de fonctionnement du relais à tasse d'induction

Comme nous l'avons dit précédemment, le principe de fonctionnement du relais à tasse d'induction, est le même que celui du moteur à induction. Un champ magnétique rotatif est produit par différentes paires de pôles de champ. Dans la conception à quatre pôles, les deux paires de pôles sont alimentées par le secondaire du même transformateur de courant, mais la différence de phase entre les courants des deux paires de pôles est de 90 degrés ; cela est réalisé en insérant un inducteur en série avec le bobinage d'une paire de pôles, et en insérant un résistor en série avec le bobinage de l'autre paire de pôles.

Le champ magnétique rotatif induit un courant dans la tasse en aluminium. Conformément au principe de fonctionnement du moteur à induction, la tasse commence à tourner dans la direction du champ magnétique rotatif, avec une vitesse légèrement inférieure à celle du champ magnétique rotatif. La tasse en aluminium est attachée à un ressort spiral : dans des conditions normales, le couple de rappel du ressort est supérieur au couple de déviation de la tasse. Il n'y a donc pas de mouvement de la tasse. Mais lors d'une condition de défaut du système, le courant dans le bobinage est très élevé, de sorte que le couple de déviation produit dans la tasse est beaucoup plus élevé que le couple de rappel du ressort, la tasse commence donc à tourner comme le rotor d'un moteur à induction. Les contacts attachés au mouvement de la tasse se ferment à un angle de rotation spécifique.

Construction du relais à tasse d'induction

Le système magnétique du relais est construit en fixant plusieurs feuilles d'acier découpées en cercle. Les pôles magnétiques sont projetés sur la périphérie intérieure de ces feuilles laminées.
Les bobinages de champ sont enroulés sur ces pôles laminés. Les bobinages de champ de deux pôles opposés sont connectés en série.
La tasse ou le tambour en aluminium, fixé sur un noyau en fer laminé, est porté par un arbre dont les extrémités s'insèrent dans des coupelles ou paliers garnis de pierres précieuses. Le champ magnétique laminé est fourni à l'intérieur de la tasse ou du tambour pour renforcer le champ magnétique traversant la tasse.

Relais à tasse d'induction directionnel ou de puissance

Le relais à tasse d'induction est très adapté aux unités directionnelles ou de comparaison de phase. C'est parce que, outre la sensibilité, le relais à tasse d'induction a un couple stable non vibratoire et les couples parasites dus au courant ou à la tension seuls sont petits.

Dans le relais à tasse d'induction directionnel ou de puissance, les bobinages d'une paire de pôles sont connectés à travers une source de tension, et les bobinages de l'autre paire de pôles sont connectés avec la source de courant du système. Ainsi, le flux produit par une paire de pôles est proportionnel à la tension et le flux produit par l'autre paire de pôles est proportionnel au courant électrique.
Le diagramme vectoriel de ce relais peut être représenté comme suit,

Ici, dans le diagramme vectoriel, l'angle entre la tension V du système et le courant I est θ
Le flux produit en raison du courant I est φ1 qui est en phase avec I.
Le flux produit en raison de la tension V, est φ2 qui est en quadrature avec V.
Ainsi, l'angle entre φ1 et φ2 est (90o – θ).
Par conséquent, si le couple produit par ces deux flux est Td.

Où K est une constante de proportionnalité.
Dans cette équation, nous avons supposé que le flux produit par le bobinage de tension retarde de 90o derrière sa tension. En modifiant cet angle, on peut obtenir une équation de couple T = KVIcos (θ – φ) où θ est l'angle entre V et I. Par conséquent, les relais à tasse d'induction peuvent être conçus pour produire un couple maximal lorsque l'angle θ = 0 ou 30o, 45o ou 60o.
Les relais conçus pour produire un couple maximal à θ = 0, sont des relais de puissance à tasse d'induction P.
Les relais qui produisent un couple maximal lorsque θ = 45o ou 60o, sont utilisés comme relais de protection directionnelle.

Relais à tasse d'induction de type réactance et MHO

En manipulant les arrangements des bobinages de courant et de tension et les angles de déphasage relatifs entre les différents flux, le relais à tasse d'induction peut être conçu pour mesurer soit une réactance pure, soit une admittance. Ces caractéristiques sont discutées en détail dans une session sur les relais électromagnétiques de distance.

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