Brevet FR2066960A1 — publié le 19710813

Lt invention concerne des dispositifs de protection pour transformateurs, en particulier pour transformateurs de faible puissan- ce à usages domestiques. Les transformateurs de faible puissance peuvent Btre protégés de diverses manières à l'égard des dommages internes causés par des courts-circuits accidentels aux bornes de sortie. Il est possible de prévoir un fusible dans l'un ou l'autre des circuits primaire et secondaire, des dispositifs thermiques ou thermostats qui peuvent titre à réenclenchement automatique-ou manuel. En variante, un disjoncteur miniaturisé peut mètre monté dans le bottier du tnss- formateur.Ces procédés ont divers inconvénients ; un fusible ou un dispositif à réenclenchement manuel demande une intervention avant que la puissance puisse mètre rétablie à la suite de la disparition des conditiongEe surcharge, tandis que les dispositifs thermosensibles ont une action lente. Leur action se base.généra- lement sur ltéchauffement interne des enroulements du transformateur qui peuvent avoir une inertie thermique importante. Les thermostats à réenclenchement automatique tendent à effectuer des cycles de déclenchement et de réenclenchement jusqu'à disparition de la surcharge, cette commutation cyclique pouvant entre préjudiciable aux équipements environnants.Il est également possible de construire le transformateur de sorte que le courant de court-circuit au secondaire soit limité à un multiple faible du courant de charge. Ceci limite le courant absorbé par l'enroulement primaire et par conséquent la puissance dissipée sous forme de chaleur dans le bottier du transformateur. Les transformateurs de ce genre tendent toutefois à délivrer une tension de sortie beaucoup plus élevée à vide qu t en charge normale et, par ailleurs, la taille et le poids sont notablement plus importants que pour un transformateur de caractéristique nominale semblable, protégé par fusible ou analogue. En conséquence, l'invention a pour objet un dispositif de protection amélioré pour un transformateur. La présente invention fait usage dtune résistance du genre ayant un coefficient de température positif tel que jusqu'à une certaine température, dite "critique", la valeur de la résistance varie très peu avec la température, tandis qu'au delà de ladite température critique la résistance augmente rapidement à une valeur élevée. La valeur de la résistance restera par exemple inférieure ou égale à 100 ohms jusqu'à la température critique pour passer à une centaine de kilohms sous l'effet d'un accroissement d'une dizaine de degrés centigrades au-dessus de la température critique. Suivant l'invention il est prévu un transformateur ayant une résistance de protection du genre ci-dessus défini en série avec l'un des enroulements, de préférence ltenroulement primaire. Une résistance de shunt peut titre prévue aux bornes de la résistance de protection précitée. Avec l'agencement selon l'invention, lorsque la température de la résistance de protection augmente, soit par suite d'une augmentation de la température ambiante, soit scus l'effet de l'écliaif- fement dû au passage du courant électrique, la valeur de la résistance de protection s'élève et le courant qui 7a traverse est réduit.Si la résistance est choisie de telle sorte que sa résistance augmente très rapidement lorsqu un courant supérieur au courant nominal de pleine charge la traverse, mais reste relativement constante jusqu a ce niveau, le transformateur devient incapable de déli- vrer une puissance de beaucoup en excès de sa valeur nominale bien que le transformateur comme tel peut présenter une caractéristique de tension relativement plate, rrais serait thermiquement endommagé sans la protection ajoutée. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple en référence au dessin annexé dans lequel la figure 1 est une représentation schématique d'un. transformateur domestique comportant une forme de réalisation de l'inven- tion ;; la figure 2et un schéma semblable relatif à une variante la figure 3 est un diagramme montrant les variations de la ré sistance en fonction de la température Suivant la forme de réalisation choisie et représentée à la figure 1, un transformateur domestique 1 comporte un bottier 2, un enroulemeRtqprimaire 3 et un enroulement secondaire 4. En série avec l'enZoulement primaire 3 est une résistance 5 du genre dont la valeur varie en fonction de la température de la manière indiquée à la. figure 3, celle-ci étant une courbe- de variation de la résistance portée en ordonnées à échelle logarithmique en fonction de la température en abscisses.La résistance est essentiellement constante jusqu a une température GO, dite température. "critique" ; au dessus de celle-ci. la valeur de la résistance s'élève très rapi liement . en partant par exemple de 100 ohms ou moins, elle peut s' élever à une centaine de kilohms à la température Gl,-laquelle est typiquement d'une dizaine de degrés centigrades seulement-plus élevée que la-température-&commat;0. Une résistance présentant de telles caractéristiques peut etre appelée un thermistor avec un coefficient de température -positif. Une-tension d'alimentation est-normalement appliqu-ée aux bornes 6 du circuit primaire du transformateur. La figure 2 montre une variante dans laquelle la- résistance de protection 5a est en série avec l'enroulement secondaire 4 du transformateur. Dans ce qui suit, on. va décrire plus complétement l'agencement de la figure 1. Des-remarques analogues s'appliquent à l'agencement de la figure 2. La résistance de protection 5 aura peu d'effet sur la--régulation du transformateur si sa--résistance est raisonnablement faible, généralement inférieure à 100 ohms sous les conditions normales. I1 est préférable de choisir la température critique eO de façon qul elle se situe légèrement au-dessus dssune température de "jonction" déterminée par-l'addition de la température ambiante maximale) d' une élévation de température due à l'échauffement normal-du transformateur dans les conditions nominales, ainsi que de l-léchauffe- ment de la résistance de protection-elle-meme sous l'effet du courant qui la traverse. Par exemple, la température ambiante maximale peut Btre située à 300C. L'élévation de température dans le bottier du transformateur sous les conditions nominales va dépendre de facteurs tels que la forme du boîtier, les conditions nominales de fonctionnement, les caractéristiques du transformateur lui-mme. Une valeur typique de cette élévation de température peut etre située à 100C. L'échauffement du corps de la résistance de protection dépend de la valeur "normale" de sa résistance, à savoir la valeur qu'elle prend audessous de la température critique, de l'intensité nominale du courant primaire et de la surface, de la conductibilité thermique et de la couleur de la surface de la résistance. Un exemple typique et constitué par une résistance ayant un facteur de dissipation thermique de 17 milliwatts par degré centigrade et une résistance normale de 80 ohms. Lorsqu'un courant de 80 mA traverse la résistance son échauffemènt est d'environ 300C. En conséquence la température de "jonction" ou température du corps de la résistance serait dans ce cas de 30 + 10 + 30 soit70 C. La température critique de la résistance se situera vers 75 à 800C avec une marge comprise entre 5 et 10 C. La valeur de la résistance de protection augmentera rapidement en cas de surcharge. L'effet immédiat d'une augmentation de la résistance est une augmentation de la c-hute de tension à ses bornes ; par conséquent, la puissance-dissipée par la résistance augmente et la température du corps de la résistance augmente aussi. Ceci provoque une nouvelle augmentation de la-résistance et une dissipation-thermique se produit -jusqu'à ce que la valeur de la résistance de protection atteigne une valeur telle-que le courant primaire décroît plus rapidement que n' augmente la chute de tension aux bornes de ladite résistance de protection.Cette situation se produit typiquement aux environs de 1000 ohms pour un transformateur de faible puissance pour secteur- de 240 volts. La puissance dissipée diminue à nouveau et on atteint un état d'équilibre où l'intensité du courant traversant l'enroulement primaire est juste suffisante pour que en passant dans la résistance de protection portée à une valeur accrue, il en résulte une augmentation de la température du corps de la résistance juste au-dessus de la température critique ci-dessus mentionnée. Lorsque la situation de surcharge cesse 11 intensité du courant primaire tombe à une faible fraction de la valeur de charge, la jonction se refroidit et la résistance de protection retourne à son état de résistance faible ou normale. Le temps de commutation entre états de résistance faible et de résistance élevée est très court parce que la puissance dissipée est très grande en cas de- dérive thermique, mais l'inertie thermique de la résistance de protection empoche le corps de celleci d'atteindre une température dangereusement élevée. Etant donné que le temps de commutation est court, l'élévation de température des enroulements du transformateur reste très faible. Une résistance de shunt indiquée en 7 sur la figure 1 et en 7a sur la figure 2 peut Btre prévue pour limiter la-tension aux bornes de la résistance de protection et par conséquent l'éléva- tion de la température de son corps. Sans cela il pourrait se produire des situations où la température du corps ne baisserait pas suffisamment en cas de cessation des surcharges, empêchant ainsi le retour de la résistance de protection à son état de résistance basse. REVENDICATIANS I. Transformateur comportant en série avec l'un de ses enroulements, un élément de protection, caractérisé en ce que cet élément est une résistance de protection qui présente un coefficient de température pos-itif de sa valeur tel que jusqu'à une certaine température, dite critique, cette valeur varie très peu en fonction de la température, tandis qu'au delà de ladite température critique la valeur de la résistance augmente rapidement. 2. Transformateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la température critique est légèrement supérieure à une température déterminée par la somme de la température ambiante maximale envisagée et des échauffements dans le transformateur et dans la résistance aux conditions nominales de fonctionnement dudit transformateur.