Brevet FR2044645A1 — publié le 19710226

L'invention est relative aux transformateurs, notamment aux transformateurs dits d'injection ou d'émission d'une tension de télécommande à fréquence musicale dans des réseaux de transport ou de distribution d'énergie électrique. 5 Elle a pour but de réaliser des transformateurs présentant des couplages très différents entre primaire et secondaire dans les deux sens, c'est-à-dire un rapport de transformation secondaire/primaire très différent de l'inverse du rapport de transformation primaire/ secondaire, notamment pour permettre l'injection facile de courants 10 de télécommande dans des lignes de transport d'énergie électrique, tout en réduisant au minimum le passage de courant à la fréquence industrielle (à 50 Hz en Europe) de la ligne de transport dans le circuit de télécommande, sans être obligé d'avoir recours, à cet effet, à des circuits accordés et à des conducteurs de forte section 15 dans le circuit de télécommande. On rappellera brièvement l'état de la technique des postes d' émission de télécommande centralisée sur les réseaux d'énergie électrique. L'injection du courant de télécommande à fréquence musicale 20 (généralement à 175 Hz en France) dans les lignes de distribution d' énergie électrique se fait au moyen de transformateurs disposés généralement au voisinage des postes de transformation haute tension/ moyenne tension, chacun des trois transformateurs d'injection (dans le cas de transformateurs monophasés) ou chacune des trois phases du 25 transformateur d'injection (dans le cas d'un transformateur triphasé) comportant un enroulement primaire alimentable par la tension de télécommande à fréquence musicale et un enroulement secondaire branché soit en série, soit plus rarement en parallèle, sur une phase du réseau triphasé à moyenne tension. 30 Sur la figure 1 annexée, on a représenté un circuit d'injection selon la technique antérieure dans le cas de trois transformateurs monophasés d'injection, chacun avec un enroulement secondaire inséré en série dans un des conducteurs du réseau triphasé moyenne tension. Un .tel circuit comprend, associé à un transformateur 1, entre 35 le réseau haute tension HT à 50 Hz et le réseau moyenne tension MT, également à 50 Hz, trois transformateurs monophasés d'injection A,B, G comportant chacun un enroulement primaire 0^ et un enroule 69 15020 2 2044645 ment secondaire A2,B2,C2, ce dernier inséré en série dans un conducteur a,b,c du réseau triphasé moyenne tension MT. En ce qui concerne - l'injection proprement dite de la tension musicale, on n'a représenté, pour simplifier la figure 1, que l'alimentation d'un seul enrou-5 lement primaire, savoir l'enroulement A^. Cette alimentation comprend : - d'une part, un commutateur 2 permettant, dans sa première position active (représentée en traits interrompus sur la figure l), l'alimentation de l'enroulement primaire A^ à partir d'une source M 10 de fréquence musicale de télécommande, de type connu, et, dans sa seconde position normale de repos (représentée en traits pleins sur la figure l), d'assurer le court-circuit de l'enroulement primaire A]_ ' - d'autre part, en dérivation sur la source M, et donc (pour 15 la position active du commutateur 2) en dérivation sur 1* enroulejnent' primaire A^, un circuit accordé 3 (constitué par un condensateur 4— généralement shunté par un parafoudre non représenté—et une bobine d'inductance 5 en série) assurant le court-circuit à 50 Hz du secteur, et un condensateurs réalisant la compensation à la fréquence 20 musicale (175 Hz en général) ; dans le cas de transformateurs d'injection dont les enroulements secondaires sont montés, non pas en série (comme illustré sur la figure l), mais en dérivation, sur les conducteurs a,b,c du réseau triphasé moyenne tension MT, le circuit accordé 3 et le condensateur 6 sont remplacés par un circuit réson-25 nant "série" (à condensateur et bobine d'inductance en série) disposé en série, dans le circuit de l'enroulement secondaire de chaque transformateur monophasé d'injection. On notera que, d'une part, les circuits accordés ou circuits-- résonnants sont onéreux et que, d'autre part, dans le cas.de l'in-30 jection série, l'intensité élevée du courant émanant du réseau MT et circulant dans le circuit d'injection (car le transformateur A est réciproque du fait que, vis-à-vis du courant de réseau, l'enroulement A2 joue le rôle d'un enroulement primaire et l'enroulement A^ le rôle d'un enroulement secondaire) exige des conducteurs de fort dia-35 mètre dans les circuits d'injection 7 et 8, donc une«masse de cuivre (ou d'aluminium) importante, la distance entre le transformateur A et le circuit accordé 3 étant égale à plusieurs dizaines ou-centaines de mètres, car l'ensemble W,3»6r est placé à l'intérieur des bâti 69 15020 3 2044645 ments du poste de transformation, c'est-à-dire très loin du transformateur 1. On aperçoit tout de suite l'intérêt qu'il y aurait à disposer, pour la télécommande centralisée par courants musicaux, de trans-5 formateurs présentant un couplage serré dans le sens Aj-^A^ pour réaliser une bonne injection de la tension de télécommande et un couplage lâche dans le sens A2_^A^, c'est-à-dire un rapport de transformation secondaire/primaire très différent de l'inverse du rapport de transformation primaire/secondaire, pour éviter le paB-10 sage d'un fort courant à 50 Hz dans les circuits 7 et 8 sous l'effet de l'intensité élevée circulant dans le réseau MT ; en effet, les transformateurs A,B,C sont des transformateurs de courant vus du réseau triphasé d'énergie électrique et des transformateurs de puissance vus du circuit d'injection 7» 15 On connaît des transformateurs à entrefer présentant à charge nulle dans un sens un premier rapport de transformation, et, dans l'autre sens, un deuxième rapport de transformation qui est égal à l'inverse du rapport de transformation dans le premier sens. Ces rapports varient en fonction de la charge, ce qui permet de réali-20 ser des couplages très différents dans les deux sens, mais malheureusement, ces rapports de transformation variables, trop fonction de la charge, sont un inconvénient grave pour l'application de ce type de transformateur à la télécommande centralisée. L1invention vise à réaliser un transformateur qui présente, vu 25 du primaire, un couplage serré et donc un rapport de transformation voisin du rapport des nombres de spires des enroulements primaire et secondaire et, vue du secondaire, un couplage lâche et donc un rapport de transformation très différent de l'inverse du premier rapport de transformation, un tel transformateur étant particuliè-30 rement approprié pour l'injection d'une tension de télécommande dans un réseau électrique, en évitant l'utilisation des circuits accordés et des conducteurs à forte section habituels, irais pouvant trouver également d'autres applications, par exemple pour transmettre des informations dans un circuit de transmission unidireo-35 tionnelle assurant la transmission de plusieurs informations. L'invention a donc pour objet un transformateur présentant des couplages différents dans les deux sens, utilisable notamment couse transformateur d'injection d'une tension de télécommande. 69 15020 4 2044645 comportant un circuit magnétique, au moins un enroulement primaire et au moins un enroulement secondaire, caractérisé par le fait que ledit circuit magnétique comporte plusieurs colonnes, les unes présentant une réluctance élevée et le§4.utres une réluctance plus fai-5 tCLe, le ou 3es enroulements primaires étant bobiné autour d'une ou de colonnes à réluctance élevée et le ou les enroulements secondaires étant bobinés autour d'une ou de colonnes à réluctance plus faible. En particulier, la ou les colonnes à réluctance élevée comportent un entrefer important, tandis que la ou les colonnes à réluc-10 tance plus faible comportent un entrefer moins important ou même pas d'entrefer du tout. Dans un mode de réalisation préféré, le circuit magnétique du transformateur comprend cinq colonnes, la colonne centrale comportant un entrefer et les deux colonnes intermédiaires chacune un. 15 entrefer moins important que celui de la colonne centrale, tandis que les colonnes extrêmes ne comportent pas d'entrefer, ledit enroulement primaire étant bobiné autour de la colonne centrale et deux enroulements secondaires étant bobinés chacun autour d'une des colonnes extrêmes. 20 L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'ai de du complément de description qui suit ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication. La figure 1, de ces dessins, illustre d'une manière schématl-25 que, comme indiqué précédemment, un montage d'injection d'une tension musicale de télécommande au moyen de transformateurs, selon la technique antérieure. Les figures 2 et 3 illustrent, respectivement d'une manière schématique et en perspective, un mode de réalisation préféré d'un 30 transformateur selon l'invention. La figure 4 illustre, de la même manière que la figure 2, une variante de ce mode de réalisation préféré. Selon l'invention, et plus spécialement selon ceux de ses modes d'application ainsi que selon ceux des modes de" réalisation de 35 ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant de réaliser un transformateur monophasé d'injection d'une tension de télécommande à fréquence musicale dans un conducteur de réseau de moyenne tension triphasé, on 69 15020 5 2044645 -s'y prend comme suit ou de manière analogue. . : Sur les figures 2 et 3, on a représenté un mode de réalisation préféré d'un transformateur selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, le transformateur comprend un circuit magnétique 5 10, à cinq colonnes ou noyaux 11,12,13,14 et 15, réalisé en tôles pour transformateur (comme visible sur la figure 3),la colonne centrale 13 (de section plus faible que les autres colonnes) et les colonnes intermédiaires 12 et 14 comportant des entrefers respectivement 23,22,24, l'entrefer 23 étant de plus grande longueur 10 que les entrefers 22 et 24, tandis que les deux colonnes extrêmes 11 et 15 ne comportent pas d'entrefer. L'enroulement primaire P est bobiné autour de la colonne centrale 13 à entrefer, tandis, que les enroulements secondaires S^,S2 sont bobinés autour des colonnes extrêmes 11 et 15 sans entrefer. 15 Le flux primaire Fp, engendré par l'enroulement primaire P, lorsque celui-ci est parcouru par le courant d'injection, et représenté en traits mixtes sur la figure 2, se répartit également, de part et d'autre de la colonne centrale, en demi-flux Fp/2, représentés également en traits mixtes. Chaque demi-flux Fp/2 se répar-20 tit inégalement, l'un entre les colonnes 11 et 12 et l'autre entre les colonnes 14 et 15, les flux circulant dans les colonnes 12 et 14 étant sensiblement égaux et faibles par rapport aux flux circulant dans les colonnes 11 et 15, également sensiblement égaux entre eux, cette inégalité de répartition entre les colonnes 12 et 25 11, d'une part, et 14 et 15, d'autre part, étant due aux entrefers prévus dans les colonnes 12 et 14 (alors que les colonnes 11 et 15 ne présentent pas d'entrefer) ,qui accroissent la réluctance des colonnes 12 et 14 par rapport à la réluctance des colonnes 11 et 15.Les flux relativement importants (égaux à une fraction très supérieure 30 à la moitié du flux Fp/2) circulant dans les colonnes 11 et 15 induisent dans les enroulements secondaires' et S2, respectivement, une tension utilisable dans un circuit électrique, en particulier dans le conducteur d'une ligne triphasée, lorsque le transformateur des figures 2 et 3 est utilisé comme transformateur 35 d'injection d'une tension de télécommande à fréquence musicale. En revanche, notamment dans le cas d'un transformateur de télécommande, lorsque les enroulements secondaires et. S2 sont parcourus par un courant à la fréquence du réseau dans lequel est in 69 15020 6 2044645 jectée la tension de télécommande, ce courant crée, dans chacune des colonnes 11 et 15, un flux secondaire Fs, représenté en traits interrompus sur la figure 1. Chaque flux Fs se referme, l'un par les colonnes 12 et 13 et 5 l'autre par les colonnes 14 et 13, comme illustré également en traits interrompus, les parts de flux Fs circulant dans les colonnes 12 et 14 étant sensiblement égales entre elles et notamment supérieures aux fractions circulant dans la colonne 13, du fait que la longueur de l'entrefer 23 de la colonne 13 est plus grande que 10 la longueur des entrefers 22 et 24 des colonnes 12 et 14, et que la section de la colonne 13 et de l'entrefer 23 est plus petite que la section des colonnes 12 et 14 et des entrefers 22 et 24, ce qui a pour effet d'accroître la réluctance de la colonne 13 par rapport à celle des colonnes 12 et 14. 15 II en résulte donc que le transformateur des figures 2 et 3 présente : • - un couplage serré lorsqu'il est vu du primaire, - un couplage lâche lorsqu'il est vu du secondaire. On s'arrange en outre avantageusement, dans le cas d'un trans-20 formateur d'injection, pour que les entrefers 22 et 24 des colonnes 12 et 14 soient tels que les enroulements secondaires et Sg présentent, au passage du courant à la fréquence du réseau triphasé (50 Hz), - dans le cas dltne injection en série, une impédance faible, 25 - dans le cas d'une injection en dérivation, une impédance ~ _ aussi élevée que possible. Sur la figure 4, on a montré une variante du mode de réalisation de la figure 3, dans laquelle on retrouve le circuit magnétique 10 avec les colonnes 11,12,13,14 et 15 et les entrefers 22,23 30 e"t 24 dans les colonnes 12,13 et 14 respectivement. Comme dans le mode de réalisation des figures 2 et 3, l'enroulement primaire P est bobiné autour de la colonne centrale 13 ayant une section plus faible et un entrefer plus long que les colonnes intermédiaires 12 et 14 ; par contre, à la place des deux enroulements secondaires 35 S^, Sg des'figures 2 et 3, le mode de réalisation de la figure 4 comporte un seul enroulement secondaire S, bobiné autour de l'ensemble des colonnes 12,13 et 14. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réa- 69 15020 7 2044645 lisation décrits ci-dessus avec référence aux figures 2 à 4. On peut mettre en oeuvre 1*invention en utilisant des circuits magnétiques à plusieurs colonnes ou noyaux, comportant certains un entrefer relativement important et d*autres un entrefer plus ré-5 duit ou absent, de manière à réaliser des colonnes à réluctances différentes. On peut ainsi, par exemple, réaliser un transformateur selon l'invention comportant un circuit magnétique à trois colonnes seulement, la colonne centrale présentant un entrefer tandis que 1* 10 une des colonnes externes ne comporte pas d'entrefer, l'enroulement primaire étant bobiné par exemple autour de la colonne externe à entrefer et l'enroulement secondaire unique étant bobiné autour de la colonne externe sans entrefer. XI s'agit là d'un mode de réalisation semblable à celui de la figure 4, à part le fait qu'il ne 15 comporte pas les colonnes 11 et 12 de celui-ci. On peut également mettre en oeuvre un circuit magnétique à cinq colonnes du type illustré sur la figure 2, mais comportant des entrefers dans les colonnes 11 et 15 au lieu de comporter des entrefers dans les colonnes 12 et 14, ou au lieu de comporter un 20 entrefer dans la colonne 13, l'enroulement (ou les enroulements) primaire étant toujours bobiné autour d'une colonne ou des colonnes à entrefer relativement important et l'enroulement (ou les enroulements) secondaire étant toujours bobiné autour d'une (ou des) colonne sans entrefer. 25 D'une manière plus générale, lorsque l'on réalise un transfor mateur avec un circuit magnétique comportant des colonnes à entrefer important, réduit et nul, l'enroulement primaire est bobiné autour d'une colonne ou de colonnes à entrefer important, tandis que le ou les enroulements secondaires sont bobinés autour de co— 30 lonnes à entrefer nul. En suite de quoi, quel que soit le mode de réalisation adopté, on établit toujours un transformateur présentant des couplages différents dans les deux sens, dont le fonctionnement ressort suffisamment de ce qui précède pour qu'il soit inutile d'insister à 35 son sujet et qui présente, par rapport aux transformateurs du genre en question déjà existants, des avantages, notamment: - tout d'abord son rapport de transformation dans le sens secondaire/primaire est très différent de l'inverse du rapport de 69 15020 8 2Qkk6k5 transformation dans le sens primaire/secondaire ; - dans son utilisation comme transformateur d'injection d'une tension de télécommande, il permet de supprimer les circuits accordés ou circuits résonnants, ainsi que les conducteurs de fort dia-5 mètre du circuit d'injection, qui sont utilisés habituellement et qui sont onéreux ; - - il peut également être utilisé dans d'autres applications nécessitant des couplages très différents entre primaire et secondaire dans les deux sens, par exemple dans les systèmes de trans-10 mission unidirectionnelle d'informations ne devant pas recevoir en retour les informations provenant des autres émetteurs. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses 15 diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 69 15020 9 2044645 REVENDICATIONS ' 1. Transformateur présentant des couplages différents dans les deux sens, utilisable notamment comme transformateur d'injection d'une tension de télécommande, comportant un circuit magné- 5 tique, au moins un enroulement primaire et au moins un enroulement secondaire, caractérisé par le fait que ledit circuit magnétique comporte plusieurs colonnes, les unes présentant une réluctance élevée et les autres une réluctance plus faible, le ou les enroulements primaires étant bobinés autour d'une ou de colonnes 10 à réluctance élevée et le ou les enroulements secondaires étant bobinés autour d'une ou de colonnes à réluctance plus faible. 2. Transformateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la ou les colonnes à réluctance élevée comportent un entrefer, tandis que la ou les colonnes à réluctance plus faible 15 comportent un entrefer moins important que celui d'une colonne à réluctance élevée ou même pas d'entrefer du tout. 3^ Transformateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'au moins une colonne à réluctance élevée présente une section plus faible que la ou les colonnes à réluctance plus 20 faible. 4. Transformateur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'au moins une colonne à réluctance élevée présente un entrefer de longueur plus grande que celui de la ou les colonnes à réluctance plus faible. 25 5. Transformateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit magnétique du transformateur comprend cinq colonnes, la colonne centrale comportant un entrefer et les deux colonnes intermédiaires chacune un entrefer moins important que celui de la colonne centrale, tandis que les colonnes extrêmes ne 30 comportent pas d'entrefer, un enroulement primaire étant bobiné autour de la colonne centrale et un enroulement secondaire étant bobiné autour de l'ensemble de la colonne centrale et des deux colonnes intermédiaires. 6. Transformateur présentant des couplages différents dans 35 les deux sens, utilisable notamment comme transformateur d'injection d'une tension de télécommande, comportant un circuit magnétique, au moins un enroulement primaire et au moins un enroulement secondaire, caractérisé par le fait que ledit circuit magnétique comporte plusieurs colonnes, les unes présentant une réluc-40 tance élevée, d'autres une réluctance moyenne et, enfin, d'autres 69 15020 10 2044645 une réluctance très faible, le ou les enroulements primaires é-tant bobinés autour d'une ou de colonnes à réluctance élevée et le ou les enroulements secondaires étant bobinés autour d'une ou de colonnes à réluctance très faible, tandis que la ou les co-5 lonnes à réluctance moyenne ne comportent pas d'enroulement. 7. Transformateur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la ou les colonnes à réluctance élevée comportent un entrefer important, tandis que la ou les colonnes à réluctance moyenne comportent un entrefer moins important et que les colon- 10 nés à réluctance très faible ne comportent pas d'entrefer du tout. 8. Transformateur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le circuit magnétique du transformateur comprend cinq colonnes, la colonne centrale comportant un entrefer de grande 15 longueur et les deux colonnes intermédiaires chacune un entrefer de longueur plus faible, tandis que les colonnes extrêmes ne comportent pas d'entrefer, ledit enroulement primaire étant bobiné autour de la colonne centrale et deux enroulements secondaires étant bobinés chacun autour d'une des colonnes extrêmes. 20 9. Transformateur selon la revendication 5 ou 8, caractérisé par le fait que la colonne centrale a une section plus faible que les autres colonnes. 10. Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le ou les enroulements 25 secondaires, étant disposés en série dans un réseau de transport d'énergie, présentent au passage du courant, à la fréquence du courant traversant le ou lesdits enroulements secondaires, une impédance faible. 11. Transformateur selon l'une quelconque des revendications 1 30 à 9, caractérisé par le fait que le ou les enroulements secondaires, étant disposés en dérivation dans un réseau de transport d'énergie, présentent au passage du courant, à la fréquence du courant traversant le ou lesdits enroulements secondaires, une impédance élevée.