Brevet FR2118131A1 — publié le 19720728

La présente invention concerne une structure de bobines imprégnées de résine et, plus précisément, une structure de bobines destinée à être utilise dans un transformateur et moulée avec une résine isolante. Le procédé pour confectionner la bobine ayant la structure que l'on observe dans les transformateurs classiques est la suivante. Les enroulements primaire et secondaire sont formés autour du corps de bobine avec une couche isolante interposée entre eux, puis le corps de bobine, entouré des enroulements primaire et secondaire, est placée dans un moule métallique et imprégné de résine de polyester ou de résine époxy qui est une matière isolante électrique, ce qui donne lieu à un ensemble de bobines moulé. Cependant, 11 ensemble de bobines qui est moulé par imprégnation du corps et des enroulements assemblés avec une résine, offre les inconvénients suivants. 1) Lorsqulun ensemble de bobines, destiné à un transCormatelaa de grande puissance, est moulé selon le procédé d'imprégnation décrit ci-dessus, il se pose un problème de conduction de la cha- leur. En effet, la conductivité thermique des enroulements, formes d'un conducteur métallique, est treks différente de celle de la couche isolante qui les sépare et qui est formée par exemple d'une substance organique ou inorganique.Si l'ensemble de bobines est soumis à un traitement thermique par chauffage extérieur, la température de la partie de la résine qui est proche des enroulements, qui sont fortement conducteurs, s'élève plus rapiaemcnt que celle de la partie de la résine qui est relativement éloignée des enroulements. En conséquence, la solidification de la résine, résultant de sa propriété de thermodurcissement, commence par la partie la plus proche des enroulement. Cette solidification s'accompagne ordinairement d'une contraction, qui donne lieu à une force qui attire la partie de la résine non encore solidifiée vers la partie de la résine qui a commencé à durcir.Par suite, la partie de la résine au voisinage de la couche interposée entre les enroulements est attirée par la partie de la résine située au voisinage des enroulements et la résine dans son ensemble durcira complètement en conservant intérieurement les tensions non compensées qui résultent de ce phénomène. Meme si ces tensions ne sont pas suffisamment fortes pour provoquer des fissures dans la résine, les variations de température, dues par exemple à la mise sous tension de la bobine, peuvent donner lieu à de telles fissures. 2) L'ensemble de bobines se compose d'enroulements, d'une couche interposée et de résine qui ont des coefficients différents de dilatation thermique. En conséquence, des lacunes et/ou des fissures sont produites dans la résine, sur ou à proximité des surfaces des enroulements, en raison de la différence entre les coefficients de dilatation thermique au moment où l'ensemble de bobines est chauffe. Ces fissures ou lacunes aboutissent parfois à la mise à nu des enroulements conducteurs ainsi exposés à l'air ou au dépôt de poussière et d'humidité, ce qui se traduit par des défauts locaux d'isolation.A leur tour, ces défauts locaux d'isolation donnent lieu à des phénomènes de décharge qui accélèrent l'altération de l'isolation, jusqu'à ce qu'apparaisse une rupture de celle-ci. 3) PLant donne cue l'ensemble de bobines est moulé d'un seul bloc, 1 'un et l'autre des enroulements haute tension et basse tension seront mi:: hors service au cas ou des défauts locaux d'imprégnation seraient produits au cours de la fabrication ou en cas de défauts quelconques d'isolation dans la couche interposée ou entre les couches dc l'enroulement haute tension. L'un des bute de la présente invention est dc fournir une structure pour bobines de transformateur, qui soit dépourvue des inconvénients mentionnés ci-dessus et qui ait une haute fiabilité. Un autre but de l'invention est de fournir une structure pour des bobines utilisables dans un transformateur, les enroulements primaire et secondaire étant imprégnés séparément de résine, soumis individuellement au traitement de thermodurcissement et assemblés entre eux à la suite du thermodurcissement, pour constituer un ensemble de bobines, tandis qu'il est prévu, dans cet ensemble de bobines, au moins une électrode qui ne forme pas un circuit fermé et qui est connectée à l'enroulement primaire ou secondaire ou à la terre. D'autres caractéristiques complémentaires de l'invention ressortiront de la description qui suit, considérée en liaison avec les dessins ci-annexés, dans lesquels les mêmes numéros de référence désignent partout des éléments semblables. - La figure 1 montre l'aspect extérieur d'ur) transformateur d'usage courant. - La figure 2 est une coupe transversale d'une bobine clas- sique utilist-e dans le transformateur représenté sur la figure 1, cette coupe passant par le plan A-A'-B,B' de la figure 1. - Les figures 3 à 9 sot des coupes transversales de bobines, dont chacune représente une forme de réalisation de l'invention. Le transformateur représenté sur la figure 1 se compose d'un ensemble de bobines 1 et d'un noyau de fer doux 2. L'ensemble de bobines, tel qu'il est visible sur la figure 2, est constitué par un corpe de bobine 3, un enroulement primaire 4, une couche isolante 5 interpos@e entre les enroulements, un enroulement secondaire 6 et une masse de résine d'imprégnation 7, par ezemple en résine de polyester, @@ résine époxy, etc. Les numéros de référence 8 et 9 désignent respectivement les bor@es des en- roulements primaire et secondaire. La présente invention va maintenant être déerite à propes de ses formes de réalisation préféréer. La figure 3 illustre un premier mode de réalisation de l'invention, dans lequel un ensemble de bobines se compose d'un enroulement basse tension 100 en fil conducteur 12, d'un corpe de bobine 11, d'un isolant inter-couches 13, d'un chroulement haute tension 200 de fil conducteur 14 et d'un isolant inter-couches 15. Une électrode 16, qui est caractéristique de l'invention, est disposée au voisinage de l'enroulement haute tension, entre les enroulements haute tension et basse tension, cette électrode étant reliée à la terre et maintenue à distance de l'enroulement haute tension pour assurer une isolation suffisante. L'enroulement haute tension et l'enroulement basse tension sont imprégnés séparément de résine isolante, pour former des structures moules 17 et 18. Dans ce cas, la résine utilisée poni' imprégner I'enrou- lement à haute tension peut être différente de celle qui imprègne l'enroulement à basse tension. L'électrole sera de préférence en une matière souple, par exemple en treillis de fil métallique, en une pellicule d'aluminium déposée cn phase vapeur, ou en une feuille mince de métal.Conformément à l'invention, l'enroulement haute tension et l'enroulement basse tension sont imprégnés individuellement de résine isolante, de sorte que la partie de la résine contiguë à chaque enroulement n'est attirée que dans la direction de l'enroulement, alors même que le thermodurcissement de la rcsine commence à se produire au niveau de cette partie et qu'il en résulte une contraction. Par conséquent, il ne s'éta- blit aucune tension nuisible dans la résine elle-même. Par suite, il n'apparaîtra pas de fjssures provoquées dans la bobine moulée. L'insertion de l'électrode 16 dans l'enroulement haute tension 18 moulé ne produira aucune tension dans la résine, étant donné que l'électrode est faite d 'une matière souple et suivra les efforts de contraction produits pendant le phénomène de thermodurcissement. En outre, conformément à la présente invention, du fait du moulage individuel des enroulements, il n'est créé aucune fissure qui soit attribuable à la différence des coefficients de dilatation thermique entre les parties haute et basse tension. On peut donc obtenir un ensemble de bobines qui est susceptible de supporter un choc thermique relativement fort.De plus, l'électrode disposée entre les enroulements haute et basse tension est en mesure d'empêcher la production d'un court-circuit entre les deux enroulements, au cas où l'isolation qui sépare ceux-ci serait rompue. Au surplus, conformément à l'invention, la distance entre l'électrode et l'enroulement haute. tension est fixée de manière simple. soit en les disposant convenablement dans le moule, soit en introduisant simplement un matériau isolant entre eux, prii exemple un tissu non tissé en polyester. En conséquence, l'imprégnation par la résine est parfaite, si bien que l'ensemble de bobines résultant possède d'excellentes propriétés électriques. En outre, chaque enroulement est divisé en deux sections, de sorte que merne si l'une de ces sections est en panne, l'autre peut toujours fonctionner. Cela constitue une caractéristique importante au point de vue économique.Comme on l'a mentionné ci-dessus, il est fourni, selon l'invention, un ensemble de bobines qui présente d'excellente propriétés électriques et thermique. En l'absence de l'électrode 16, le champ électrique dû à la différence de potentiel entre les deux enroulements se concentrerait dans l'entre- fer entre les enroulements moulés, donnerait ].ieu à des décharges entre ceux-ci et altèrerait finalement la couche de résine qui recouvre les enroulements. L'électrode, qui est disposée à proximité de l'enroulement haute tension dans la couche de résine de cet enroulement, s'oppose aux décharges et à l'altération consécutive de la couche de résine. La fonction de cette électrode est la même dans les autres formes de réalisation de l'invention qui sont décrites ci-après. La figure 4a et la figure 4b illustrent une deuxième et une troisième fornes de réalisation de l'invention. Dans ces formes de réalisation, l'électrode est connectée, non pas à la terre comme dans la première forme de réalisation, mais à l'une des extrémités de l'enroulement basse tension 100. Dans ce cas, on peut également réaliser un ensemble de bobines ayant d'excellentes propriétés électriques et thermiques, pour la meme raison que dans la forme d'exécution précédente.La figure 4b montre une variante par rapport à l'électrode représentée sur la figure 3, l'électrode 16' s'étendant au-delà des bords de la couche la plus interne de l'enroulement haute tension et étant repliée vers l'extérieur par rapport au noyau central de fer doux. La figure 5 illustre un quatrième mode de réalisation de l'invention, dans lequel l'électrode 16, qui était disposée dans l'enroulement haute tension moulé, à proximité du conducteur de cet enroulement dans les formes de réalisation précédentes, est maintenant placée dans l'enroulement basse tension moulé, à proximité du conducteur do cet enroulement, et est connectée à l'enroulement haute tension. Le résultat de ce mode de réalisation est le même que celui que l'on obtient avec la forme de réalisation des figures 4a et 4b. Comme on peut le voir sur la figure 6 qui représente un cinquième mode de réalisation de l'invention, deux électrodes similaires sont disposées à distance convenable dans la couche de résine de l'enroulement haute tension moulé. L'une des deux électrodes 16 peut être mise à la terre ou connectée à l'enroulement basse tension, tandis que l'autre électrode 16' peut être raccordée à l'enroulement haute tension. De cette manière, la différence de potentiel entre les enroulements haute et basse tension apparaîtra entre les électrodes 16 et 16'. Avec cette structure d'un ensemble de bobines, on obtient le même résultat que dans le cas de la figure 3.De façon semblable, les deux électrodes 16 et 16' peuvent être insérées dans la couche de résine de l'enroulement basse tension moulé, pour parvenir aux mêmes résultats. Sur la figure 7 qui illustre un sixième mode de réalisation de l'invention, il est visible qu'une électrode est associée à chaque enroulement, cette électrode étant insérée dans la couche de résine de chaque structure moulée. Les deux électrodes sont interconnectées et mises à la terre ou raccordées à l'enroulement basse tension. Selon une variante, les électrodes 16 et 16' interconnectées peuvent être raccordées à l'enroulement haute tension, pourvu que l'isolation entre du bobine basse tension 100 et l'électrode 16 soit suffisante. Dans la septième forme de réalisation de l'invention, représentée sur la figure 8, un corps de bobine 20 sert au monta- ge de l'enroulement haute tension sur le noyau de fer dos-. Deux électrodes 16 et 16' sont disposées dans la surface interne et externe du corps de bobine 20. La connexion électrique de ces électrodes est la même que dans la forme d'exécution de la figure 6. La figure 9 illustre Lui huitième iode de réalisation de l'invention, dans lequel deux électrodes 16 et 16' sont également insérées entre les enroulements haute et besse tension. Toutefois, dans ce mode de réalisation, l'enroulement haute tension l'en- roulement basse tension et les électrodes mont es en parallèle sont imprégnés séparément de résine et assemblés entre eux à la suite du thermodurcissement. Dans ce cas, les deux électrodes 16 et 16' délimitent entre elles une couche isolante inter-enroulements, qui est l'équivalent de la couche 5 représentée sur la figure 2. Ici encore, 1' électrode voisine de 1' enroulement basse tension est reliée à la terre ou conncctée à l'enroulement basse tension, tandis que l'électrode voisine de l'enroulement haute tension est connectée à ce dernier. De cette manière, on peut éviter les fissures provoquées au cours du thermodurcissement et/ou dues à des chocs thermiques. Comme on l'a démontre; ci-dessus, il est possible, conformément à la présente invention, de réaliser facilement et à peu de frais un ensemble de bobines possédant d'excellentes propriétés électriques et thermiques. L'invention ne se limite nullement aux formes de réalisation décrites ci-dessus, qui ne constituent que des exemples indicatifs de l'invention, laquelle sera exclusivement limitée par les revendications ci-annexées. R E V E N D I C A T I O N S 1. - Structure d'un ensemble de bobines pour un transformateur, se composant d'un enroulement haute tension, d'un enroulement basse tension et d'une électrode qui ne forme pas un circuit fermé, caractérisée par le fait que l'enroulement haute tension et l'enroulement basse tension sont imprégnés séparément de résine, l'électrode étant disposée au voisinage de l'un de ces enroulements, de manière à former deux enroulements moulés dont l'un contient l'électrode qui est reliée à la terre ou connectée à l'enroulement basse tension, ces deux enroulements moulés étant disposés de sorte que l'électrode puisse être placée entre les enroulements haute et basse tension. 2.- Stracture d'un ensemble de bobines pour un transformatour, se composant d'un enroulement haute tension, d'un enroulement basse tension et d'une électrode qui ne forme pas un circuit fermé, caractérisé@ par le fait que les enroulements haute et bas- se tension sont imprégnés séparément de résine, l'électrode étant disposée au voisinage de l'enroulement basse tension et étant connectée à l'enroulement haute tension, de manière à former deux enroulements moulés, l'enroulement basse tension moulé contenant ladite électrode et ces enroulements moulés étant disposés de sorte que l'électrode puisse être placée entre les enroulements haute et basse tension. 3.- Structure d'un ensemble de bobines pour un transformateur, se composant d'un enroulement haute tension, d'un enroulement b basse se tension ct de deux électrodes qui ne forment ni l'une ni l'autre un circuit fermé, caractérisée par le fait que l'enroulement haute tension et l'enroulement basse tension sont imprégnés séparément de résine, les électrodes étant disposées parallèlement au voisinage de l'un des enroulements, de manière à former deux enroulements moulés dont l'un contieiit les deux électrodes, l'une de celles-ci étant connectée à l'enroulement haute tension, tandis que l'autre est mise à la terre ou connectée à l'enroulement basse tension, et ces enroulements moulés étant disposés de sorte que les deux électrodes puissent être situées entre les enroulements haute et basse tension. 4.- Structure d'un ensemble de bobines pour un transformateur, se composant d'un enroulement haute tension, d'un enroulement basse tension et de deux électrodes qui ne forment ni l'une ni l'autre un circuit fermé, caractérisée par le fait que l'enroulement haute tension et l'enroulement basse tension sont imprégnés séparément de résine, l'une des électrodes étant disposée au voisinage de chaque enroulement, de manière à former deux enroulements moulés dont chacun contient l'une des électrodes qui sont connectées l'une à l'autre, et ces enroulements moulés étant dis- posés de sorte que les électrodes puissent être mutuellement opposées. 5.- Structure d'un ensemble de bobines pour un transformateur, se composant d'uu enroulement haute tension, d'un enroulement basse tension et de deux électrodes qui ne forment ni. l'une ni l'autre un circuit fermé, caractérisée par le fait que l'enroulement haute tension l'enroulement busse tension et les électrodes sont imprégnés séparément de résine, de manière à former des enroulements moulés et un ensemble moulé d 'électrodes, cet ensemble moulé' d'électrodes étant interposé entre les cnrou- lements moulés. 6.- Structure d'un ensemble > bobines pour un transforma- teur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que l'électrode est en un mc..tériau choisi parmi. un treil.is de fil métallique, une feuille mince de métal et une pellicule de métal déposée en phase vapeur. 7.- Structure d'un ensemble de bobines pour un transistor selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que l'électrode est en une matière semiconductrice.