Brevet FR2080574A1 — publié le 19711119

Les transformateurs de type conventionnel, dont les puissances sont de l'ordre de quelques dizaines ou centaines de kVA, sont exécutés de préférence sous la forme de transformateurs à colonnes ou blindés avec noyaux actifs en fer doux, les diverses tôles ou groupes de tôles étant emboîtés les uns dans les autres. Cet embottement des tôles pour des noyaux de transformateurs de faible puissance est judicieux, non seulement pour des raisons mécaniques (stabilité, faible dégagement de bruit), mais aussi pour l'obtention d'un courant à vide minimal On a constaté toutefois que le prix due revient dtun tel transformateur est relativement élevé, en raison des frais de main-d'oeuvre importants qu'en- traîne la confection du noyau en fer doux, notamment pour l'introduction dans l'alésage de la bobine des diverses tôles et leur imbrication. I1 est connu également de ne monter les enroulements que sur une partie de la longueur de fer active. I1 en résulte que les bobines possèdent en direction radiale des dimensions relativement grandes, ce qui s'accompagne d'un poids d'enroulement relativement élevé pour les mêmes caractéristiques de tension et de puissance. La capacité de charge permanente est d'autre part sensiblement réduite par la concentration de l'enroulement et la faible surface de refroidissement qui en découle. Le problème servant de base à la présente invention est de réaliser un transformateur à courant alternatif exempt des inconvénients précités. Le transformateur à courant alternatif conforme àllinvention est caractérisé par un noyau aimanté, qui est constitué par au moins deux paquets de tôles formant les branches du noyau aimanté et réunis entre eux par des attaches séparables, ainsi que par un enroulement primaire et secondaire réparti sur la longueur utile de chacune des branches et se composant de plusieurs bobines individuelles. Des exemples de réalisation de transformateurs conformes à l'invention sont décrits ci-après en référence au dessin annexé, dans lequel - la figure 1 représente un transformateur comportant un noyau aimanté formé de deux paquets de tôles en L à branches de longueur inégale; - la figure 2 représente une variante de réalisation, avec un noyau aimanté se composant de quatre paquets de tôles identiques et une disposition des bobines permettant l'utilisation optimale de la chambre d'enroulement dans le noyau; - la figure 3 représente une autre variante avec un noyau aimanté à base polygonale et deux dispositions des bobines et formes de paquets de tôles données à titre d'exemples;; - la figure 4 représente un transformateur à noyau aimanté à base rectangulaire dans lequel la chambre d'enroulement délimitée par le noyau aimanté n 'est pas entièrement utilisée; - la figure 5 représente un transformateur à noyau aimanté à base rectan gulaire et utilisation pratiquement totale de la chambre d'enroulement; - la figure 6 représente un transformateur à noyau aimanté à base carrée dont la chambre d'enroulement n'est pas entièrement utilisée; - la figure 7 représente un transformateur à noyau aimanté à base carrée et utilisation pratiquement totale de la-chambre d'enroulement; - la figure 8 représente un transformateur à noyau aimanté à base rectan gulaire dont la chambre d'enroulement n'est pas entièrement utilisée et compor tant une disposition spéciale des bobines;; - la figure 9 représente un transformateur à noyau aimanté à base rectan gulaire dont la chambre d'enroulement est utilisée pratiquement en totalité et comportant une disposition spéciale des bobines. Dans la figure l, les références 1 et 2 désignent les deux paquets de tôles du noyau aimanté qui s'appliquent bout à bout aux joints 3, 3' et sont réunis entre eux au moyen de paires d'attaches 4, 5, dont une seule est visi ble au dessin. Les diverses attaches sont avantageusement conformées (de ma niere non représentée) de- telle façon que les joints se trouvent légèrement précontraints pour maintenir entre des limites acceptables les pertes par dis persion et les bruits de ronflement. Sur chacune des branches des paquets de tôles I et 2 est montée une bobine schématiquement représentée, les bobines désignées par 7, 8, 9, 10 peuvent être connectées de façon appropriée en enroulements primaires et secondaires. Elles sont fixées de manière connue et de façon séparable sur les branches correspon dantes. Les principaux avantages d'-un transformateur ainsi agencé sont les sui vants : étant donné qu'après le découpage des tôles, les paquets et 2 peuvent être empilés-et confectionnés dans une large mesure à la machine ou automati quement (rivetage, meulage des extrémités adjacentes, vernissage, etc...), il est possible d'éliminer des opérations très coûteuses lors de l'exécution des noyaux. Les paires d'attaches 4, 5 sont montées sur les dernières tôles des pa quets, de préférence au cours même de la fabrication des empilages. Pour ter miner le montage du transformateur, il ne reste plus qu'à emboîter et fixer les bobines 7 à 10 sur les branches des paquets de tôle 1 et 2, à réunir de fa çon séparable les paquets de tôles au moyen des attaches 4, 5 exerçant avanta geusement une certaine précontrainte sur les joints, et à connecter les extré mités des enroulements ou à les introduire dans des bornes de type connu. Il est préférable de ne poser les attaches 4, 5 sur les dernières tôles (avantageusement un peu plus epaisses que les autres) se trouvant de part et d'autre du noyau qu'après l'usinage des joints 3, 3' des empilages et éventuellement de les souder par points. Par suite de l'opération de montage simplifiée du transformateur, qui se limite à un assemblage ou un vissage des divers éléments sanstravail ultérieur, il ne peut pratiquement pas se produire de détérioration sur les bobines normalement fragiles. Le montage lui-même peut être effectué dans une large mesure à la machine, moyennant l'utilisatinn de dispositifs de serrage et de vissage appropriés. Pour un tranformateur correspondant à la forme de réalisation suivant la figure 1, il a été possible, dans des conditions de tension et de charge identiques et une même température ambiante, d'abaisser le poids du noyau aimanté d'environ 50 % et celui du cuivre d'enroulement d'environ 30 % comparativement à un transformateur à colonnes ou du type blindé de construction conventionnelle. La figure 2 représente une variante de réalisation dans laquelle quatre paquets de tôles identiques 21, 22, 23, 24 sont assemblés en un noyau aimanté à branches d'égale longueur. Les divers paquets de tôles sont équipés chacun à la manière sus-décrite d'une paire d'attaches 21', 22', 23', 24', chevauchant l'une des extrémités des paquets et dont une seule est visible au dessin pour chaque paire. Cette figure est destinée à illustrer une possibilité d'utilisation optimale de la chambre d'enroulement offerte par la structure du noyau; elle représente en même temps un montage répondant à cette condition des enroulements sur les diverses branches. Les enroulements 25 à 27, posés sur la branche 24 et représentés schématiquement en coupe, peuvent être assujettis sur un corps de bobine commun; il peut être prévu également à cet effet trois bobines individuelles 25, 26 et 27. Une utilisation optimale de l'ouverture d'enroulement carrée représentée est obtenue par la disposition de jeux de bobines identiquement échelonnées sur chacune des quatre branches 21 à 24, comme le montre le contour indiqué pour les bobines 28, 29, 30 sur les branches 21 à 23. Pour améliorer les conditions de refroidissement et accroître ainsi la capacité de charge permanente de ltenroulement d'une forme de bobine donnée, il suffit de conférer aux branches une plus grande longueur. La forme de réalisation suivant la figure 2 procure les mêmes avantages que celle de la figure 1 I1 va de soi que des enroulements de conformation différente peuvent être montés sur les noyaux aimantés des deux types. Une autre forme de réalisation du transformateur selon l'invention est représentée dans la figure 3. Le noyau aimanté, délimitant une ouverture d'enroulement hexagonale et dont le contour extérieur est également hexagonal, se compose d'éléments d'agencement différent dans la moitié supérieure et la moitié inférieure de la figure et-est équipé de bobi-nes différemment conformées. La référence 31 désigne un paquet-de tôles joignant deux des côtés de l'hexagone et se raccordant bout à bout sur les joints 32, 33 aux paquets voisins 34, 35. La forme en V du paquet de tôles 31 permet de monter des bobines 37, 37' par les deux extrémités des branches, de la même manière que sur les paquets de tôles 1 et 2 de la figure 1. Si le noyau aimanté suivant la figure 3 était entièrement constitué par des éléments de paquets 31, trois- de ces éléments -seraient nécessaires. Le noyau aimanté peut être cependant constitué aussi bien par six éléments de la forme désignée par 34, 35,-ou par une combinaison d'éléments en V et en forme de barres. Les divers paquets de tôles sont réunis comme précédemment au moyen de paires d'attaches 38 et les surfaces des joints, formant un angle de 1200 avec la paroi interne du paquet de tôles, sont exactement planies à la meule. Pour éviter des courts-circuits magnétiques, il est avantageux d'intercaler dans les joints une couche isolante aussi mince que possible (également dans les formes de réalisation suivant les figures 1 et 2). Ce qui a été exposé au sujet de l'équipement en enroulements pour les autres formes de réalisation s'applique en principe au cas présent. Chacune des branches peut être munie de bobines 37, 37' égales dimensions, de sorte que l'ouverture d'enroulement est utilisée relativement mal, mais que les conditions de refroidissement sont bonnes. Les branches peuvent être également pourvues de bobines 39, 40 de dimensions inégales, qui sont montées en alternance sur les divers éléments du paquet,ou être- équipées de bobines échelonnées analogues à celles de la figure 2, en vue d'une utilisation optimale de la chambre d'enroulement. La description des trois formes de réalisation représentées permet de se rendre compte que la chambre d'enroulement se trouvant à l'intérieur du noyau du transformateur peut être, en projection horizontale, non seulement carrée ou hexagonale, mais aussi bien de forme polygonale quelconque ou même circulaire Dans ce dernier cas (non représenté), le noyau peut être constitué par un feuillard enroulé en un anneau dont les diverses spires sont fixées entre elles. I1 suffit en principe d'ouvrir cet anneau par deux coupes radiales et de relever une portion de l'anneau qui permet le montage des bobines sur le noyau. Le noyau aimanté 41 représenté dans la figure 4 est constitué par deux paquets de tôles 41.1, 41.2 en L, accolés bout à bout et réunis entre eux au moyen de paires d'attaches 42, 43. Ces paquets de tôles 41.1, 41.2 ont des branches d'égale longueur et possèdent des dimensions identiques. Les diverses branches, désignées respectivement par 41.11, 41.12 et 41.21, 41.22, forment un noyau aimanté torique 41 à angles droits. Sur la branche 41.11 est montée une bobine 44, sur la branche 41.12 une bobine 45, sur la branche 41.21 une bobine 46 et sur la branche 41.22 une bobine 47. Les faces frontales de ces bobines sont désignées par 44.1, 44.2, 45.1, 45.2, 46.1, 46.2, 47.1, 47.2 et leurs enveloppes par 44.3, 45.3, 46.3, 47.3 Les deux bobines 44 et 46 sont d'égales dimensions, de même que les deux bobines 45 et 47. Pour mieux mettre à profit la longueur de fer utile, les bobines 44, 45, 46, 47 sont disposées et agencées de telle façon que la face frontale de chacune d'elles, par exemple 44.1, s'applique sur la branche, par exemple 41.22, qui est voisine dans un sens de rotation défini, par exemple en sens inverse des aiguilles d'une montre, de la branche, par exemple 41.11 portant la bobine correspondante, par exemple 44 Par son autre face frontale, par exemple 44.2, chaque bobine s'applique sur l'enveloppe, par exemple 45.3, de la bobine la suivant dans le même sens de rotation Cette disposition permet d'utiliser sur chaque branche la longueur maximum possible de fer pour des diamètres de bobines données. Le poids et la concentration des enroulements peuvent être ainsi réduits.En plus d'une plus grande capacité de charge permanente du transformateur, on obtient une diminution de la dispersion. Dans cet exemple de réalisation, la chambre d'enroulement 48 délimitée par le noyau aimanté 41 n'est qu'en partie utilisée. Dans l'exemple de réalisation de la figure 5, le noyau aimanté 41 du transformateur est rectangulaire comme précédemment en projection horizontale,et il est prévu quatre bobines 49, 410, 411, 412, qui remplissent pratiquement en totalité la chambre d'enroulement 48 délimitée par le noyau aimanté 41. Les deux bobines voisines de chaque groupe, par exemple 49, 410, sont dimensionnées de telle sorte que la hauteur d'enroulement de l'une s'ajoutant à la largeur d'enroulement de l'autre occupe pratiquement toute la longueur ou la largeur de la chambre d'enroulement 48. Dans la mesure où les caractéristiques demandées au transformateur le permettent, les quatre bobines sont exécutées avantageusement à des dimensions extérieures égales, comme le montre la figure 6. Il est possible alors de fabriquer en grandes séries au moins les corps de bobines et de limiter les approvisionnements à un petit nombre de types. Dans la figure 6, la référence 413 désigne un noyau aimanté, dont la base carrée se prête mieux à un équipement au moyen de quatre bobines identiques 414. Avec cette disposition, les bobines peuvent être naturellement dimensionnées de manière à utiliser pratiquement en totalité la chambre d'enroulement délimitée par le noyau aimanté carré 413. La figure 7 représente une disposition analogue, avec un noyau aimanté 413 et des bobines correspondantes 415. Dans la figure 8, le noyau aimanté est désigné de nouveau par 41. Des quatre bobines 416, 417, 418, 419, seules les deux bobines 417 et 419 possèdent chacune une face frontale s'appliquant sur une branche du noyau aimanté 41 et une face frontale s'appliquant sur l'enveloppe d'une bobine voisine. La bobine 416 s'applique au contraire par ses deux faces frontales sur des branches du noyau aimanté et la bobine 418 par ses deux faces frontales sur les enveloppes de bobines voisines. Dans l'exemple de réalisation de la figure 9, il est prévu sur le noyau aimanté 41 deux bobines 420, 422 s'appliquant par leurs deux faces frontales sur des branches du noyau aimanté 41 et deux bobines 421, 423 s'appliquant par leur deux faces frontales sur les enveloppes de bobines voisines. L'une ou l'autre des dispositions représentées dans les figures 4 à 9 peut être adoptée suivant les caractéristiques recherchées du transformateur. Dans le cadre de l'invention, d'autres formes de réalisation sont d'ailleurs possibles. L'essentiel est que, pour profiter au maximum de lalongueur de fer utile, les dispositions soient choisies de telle sorte que sur les huit faces latérales des quatre bobines, quatre s'appliquent sur desbranchesdu noyau aimanté et quatre sur les enveloppes de bobines voisines. REVENDICATIONS 1.- Transformateur à courant alternatif, caractérisé par un noyau aimanté qui est constitué par au moins deux paquets de tôles (1,2,21-24,31,34,35) formant des branches du noyau aimanté et réunis entre eux par des attaches séparables (4,5,21'-24',38), ainsi que par un enroulement primaire et secondaire réparti sur la longueur utile de chacune des branches et se composant de plusieurs bobines indlviduelles (7-10,25,26,27,37,37',39,40). 2.- Transformateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau aimanté est ormé de deux paquets de tôles (1,2 en L, accolés bout à bout et possédant des branches de longueur égale ou inégale. 3.- Transformateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau aimanté est constitué par quatre paquets de tôles (2l24N: structurés en parallélépipèdes, dont les branches sont deux à deux d'égale longueur et qui sont assemblés de telle sorte que la face frontale de chaque paquet s'applique bout à bout contre la face latérale tournée vers l'intérieur du noyau du paquet de tôles voisin. 4.- Transformateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque branche du noyau aimanté porte des bobines égales entre elles (figures 1 et 2). 5.- Transformateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, vue en direction axiale, les diverses bobines (25,26,27, 39,40) possèdent des hauteurs d'enroulement différentes. 6.- Transformateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau aimanté se compose d'un certain nombre de paquets de tôles (31,34,35) qui délimitent une ouverture d'enroulement polygonale et dont chacun couvre au maximum deux des côtés (31) du polygone. 7.- Transformateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau aimanté présente la forme d'un tore à angles droits, sur les quatre branches duquel sont réparties des bobines, comportant huit faces latérales 44.1, 44.2, 45.1, 45.2, 46.1, 46.2, 47.1, 47.2), dont quatre (44.1, 45.1, 46.1, 47.1) s'appliquent sur les branches (41.11, 41.12, 41.21, 41.22) du noyau aimanté (41,413) et les quatre autres (44.2, 45.2, 46.2, 47.2) sur les enveloppes (44.3, 45.3, 46.3, 47.3) des bobines voisines (44,45, 46, 47). 8.- Transformateur suivant les revendications 1 et 7, prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que chaque bobine (44-47, 49-412, 414, 415) s'applique, par l'une de ses faces frontales (44.1, 45.1, 46.1, 47.1), sur la branche (41.11, 41.12, 41.21, 41.22) qui est voisine dans un sens de rotation déterminé de la branche portant la bobine considérée et, par son autre face frontale (44.2, 45.2, 46.2, 47.2), sur l'enveloppe (44.3, 45.3, 46.3, 47.3) de la bobine la suivant dans le même sens de rotation. 9.- Transformateur suivant les revendications 1 et 7prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que de deux bobines se faisant vis-à-vis (417, 419), l'une des faces frontales s'applique sur une seule et même branche et une face frontale sur une seule et-même enveloppe de bobine, cependant que, des deux bobines restantes (416, 418), l'une (416) s'applique par ses deux faces frontales sur des branches, et l'autre (418) par deux faces frontales sur les enveloppes de bobines voisines (417, 419). 10.- Transformateur suivant les revendications 1 et 7 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que, de deux bobines (420,422) se faisant vis-àvis, les deux faces frontales s'appliquent sur des branches du noyau aimanté (41), cependant que, des deux bobines restantes (421,423), les deux faces frontales s'appliquent sur les enveloppes des bobines citées en premier lieu (420, 422). 11.- Transformateur suivant les revendications 1 et 7 prises dans leur ensemble, et l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la chambre d'enroulement (48) délimitée par le noyau aimanté (41,413) est utilisée pratiquement en totalité par les bobines (49-412, 415, 420-423) 12.- Transformateur suivant les revendications l et 7 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que le noyau aimanté torique (413) à angles droits présente la forme d'un carré en projection horizontale. 13.- Transformateur suivant les revendications 1 et 7 prises dans leur ensemble et l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'au moins deux de ses bobines (44, 46 ou 45, 47) possèdent des dimensions égales.