Brevet FR2128336A1 — publié le 19721020

la présente invention se rapporte aux transformateurs et, plus particulièrement, à un transformateur polyphasé perfectionné. Dans les systèmes à fréquence constante et à vitesse variable précédemment utilisés, afin de procurer une sortie triphasée en 5 ajoutant vectoriellement quatre groupes de tensions triphasées séparées en phase de 15°, on a employé quatre transformateurs triphasés séparés ; cependant, ces transformateurs étaient volumineux et lourds et l'ensemble était difficile à monter. la présente invention surmonte ces difficultés en utilisant un unique transformateur polyphasé qui 10 est relativement petit, léger et simple à bobiner. Un tel transformateur comprend un noyau en substance magnétique possédant deux enveloppes séparées par des dents agencées symétriquement. les quatre groupes de tensions triphasées mentionnées plus haut constituent douze tensions de phase et le noyau possède douze 15 dents. Un enroulement primaire est bobiné sur chaque dent et chaque enroulement primaire est excité par une tension de phase. Un enroulement secondaire est prévu sur le noyau pour chaque phase de la sortie et les enroulements secondaires sont agencés de manière qu'une tension 20 de sortie soit induite dans chaque enroulement secondaire et les enroulements secondaires sont disposés les tins par rapport aux autres selon l'angle de phase qui sépare les sorties. Par conséquent, un objet de la présente invention consiste à réaliser un transformateur polyphasé qui peut être utilisé pour com-25 biner tout nombre de tensions de phase et procurer une sortie d'un nombre désiré de phases. Un autre objet de l'invention consiste à réaliser un tel transformateur polyphasé qui est relativement petit, léger et facile à monter. 30 Ces objets et caractéristiques et d'autres encore de la pré sente invention apparaîtront plus clairement de la description détaillée qui suit ainsi que des dessins y annexés, étant bien entendu que ceux-ci ne sont donnés qu'à titre d'exemples nullement limitatifs. Sur les dessins 35 la Fig- 1 est une vue de face d'un transformateur circulaire polyphasé construit selon l'invention et montre l'agencement des enroulements primaires et secondaires sur le noyau ; la Fig. 2 montre le flux qui est induit dans le noyau du transformateur de la Fig. 1 lors de l'excitation d'un seul enroulement pri-40 maire par l'une des tensions de phase ; 72 05471 2 2128336 la Fig. 3 montre l'agencement des enroulements secondaires sur le noyau pour la seconde forme de réalisation de l'invention, les enroulements primaires étant agencés comme il est représenté à la Fig. 1 ; 5 La Fig. 4 est une vue en perspective d'une troisième forme de réalisation de l'invention ; et La Fig. 5 est une vue de dessus de la forme de réalisation représentée à la Fig. 4. En se reportant maintenant à la Fig. 1, on y voit un trans-10 formateur construit selon l'invention et destiné à combiner douze tensions de phase formant les quatre groupes de tensions triphasées mentionnées ci-dessus. Ce transformateur comprend un noyau circulaire feuilleté 1 en substance magnétique présentant une ouverture centrale 3. Le noyau 1 possède une enveloppe continue extérieure 5 et une 15 enveloppe continue intérieure 7 disposées concentriquement et séparée par douze dents 9 également espacées de 30° et disposées sensiblement radialement entre les enveloppes. Des ouvertures 11 sont ménagées dans le noyau entre les dents. Un enroulement primaire 13 est bobiné sur chaque dent 9 à travers les ouvertures voisines 11 et possède des con-20 ducteurs 15 et 17 destinés à connecter cet enroulement à l'une des tensions de phase. Le transformateur représenté à la Fig. 1 est destiné à être alimenté par les douze tensions de phase. Ces tensions peuvent être constituées par quatre groupes de tensions triphasées séparées en phase de 15° et une tension de phase de chacune des tensions 25 triphasées est appliquée aux enroulements 13 identifiés à la Fig. 1 par A.j, B.j, C.j et D.j. Une seconde tension de phase de chacune des tensions triphasées est appliquée aux enroulements 13 identifiés par A2, B2, C2 et et la troisième tension de phase de chacune des tensions triphasées est appliquée aux enroulements 13 identifiés par A_, B_, C, j y ? 30 et D^. Lorsque les enroulements 13 sont alimentés de cette manière, le flux dans les dents ne varie pas de plus de - 20% et le flux dans l'enveloppe extérieure et dans celle intérieure est la somme des flux provenant de toutes les douze dents et est approximativement égal à 35deux fois le flux dans une dent, de sorte que pour obtenir une induction magnétique équilibrée dans le noyau la section de l'enveloppe extérieure et celle de l'enveloppe intérieure doivent être d'environ deux fois la section d'une dent. Le flux dans l'enveloppe est de nature cyclique et suit la fréquence d'entrée. La distribution du flux 40dans le noyau provenant d'un seul enroulement primaire est très compleCOPY 72 05471 3 2128336 xe et est représentée approximativement à la Fig. 2. La distribution du flux est déterminée par les reluctances des chemins magnétiques dans le noyau, le flux total dû à un enroulemenl primaire est : 5 „. . -Zf- et la reluctance est : R = "jïi— * Pour les reluctances en parallèle comme dans le cas du transformateur à douze phases, la reluctance totale est : 10 R+ = 1/^ + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4 + 1/R12 . Le flux dans le noyau induit des tensions dans des enroulements secondaires 19, 21 et 23 (Fig. 1) qui procurent une sortie triphasée comprenant les phases X, Y, et Z séparées de 120°. L'enroulement secondaire 19 comprend des bobines 25 et 27 bobinées sur l'enveloppe 15 extérieure 5 à traversdesouvertures 11 séparées de 120° et ces bobines sont connectées par un conducteur 29. L'enroulement secondaire 19 possède une borne de neutre connectée à la bobine 27 et une borne de sortie 0x connectée à la bobine 25 afin de procurer la phase "X" de la sortie. L'enroulement secondaire 21 comprend des bobine, 20 31 et 33 bobinées sur l'enveloppe extérieure 5. La bobine 31 est bobinée à travers la même ouverture 11 que la bobine 25 et la bobine 33 est bobinée à travers une ouverture 11 espacée de 120° de la bobine 31 et ces bobines sont connectées par un conducteur 35- L'enroulement secondaire 21 possède une borne de neutre N connectée à la y 25 bobine 31 et une borne de sortie 0^ connectée à la bobine 33 afin de procurer la phase "Y" de la sortie. L'enroulement secondaire 23 comprend des bobines 37 et 39 bobinées sur l'enveloppe extérieure 5. La bobine 37 est bobinée à travers la même ouverture 11 que la bobine 3-et la bobine 39 est bobinée à travers la même ouverture 11 que la bo-30 bine 27, de sorte qu'elles sont aussi espacées l'une de l'autre de 120°. Ces bobines sont connectées par un conducteur 41. L'enroulement secondaire 23 possède une borne de neutre IT connectée à la bobine Z 37 et une borne de sortie 0 connectée à la bobine 39 afin-de procu- rer la phase "Z" de la sortie. Les bornes de neutre N , N et E" sont x' y z 35 interconnectées lorsque les enroulements secondaires 19, 21 et 23 son branchés en étoile. Dans une seconde forme de réalisation de l'invention représentée à la Fig. 3, chacun des enroulements secondaires 43» 45 et 47 est bobiné sur le noyau à travers des ouvertures 11 séparées de 120° et sou, 40 tend les dents et les parties du noyau entre celles-ci. Avec cet agen COPY 72 05471 4 2128336 cernent, un côté de chacun des enroulements 43 et 45 est bobiné à travers une même ouverture, l'autre côté de l'enroulement 45 et un côté de l'enroulement 47 sont bobinés à travers une autre même ouverture et l'autre côté de chacun des enroulements 43 et 47 est bobiné à tra-5 vers encore une autre même ouverture, comme il est représenté à la Fig. 3. L'enroulement secondaire 43 possède une borne de neutre et une borne de sortie afin de procurer la phase "X" de la sortie. l'enroulement secondaire 45 possède une borne de neutre et une borne de sortie afin de procurerla phase "Y" de la sortie et 10 l'enroulement secondaire 47 possède une borne de neutre IL et une 1z bornes borne de sortie 0^z afin de procurer la phase "Z" de la sortie, les/ de neutre et N^z sont interconnectées lorsque les enroule ments secondaires sont branchés en étoile. Les enroulements secondaires 43, 45 et 47 procurent une sortie triphasée pour laquelle les pha-15 ses X, Y et Z sont décalées de 120°. Dans une troisième forme de réalisation de l'invention représentée à la Fig. 4, le transformateur utilisé possède un .noyau triangulaire feuilleté 1a en substance magnétique et pourvu d'une ouverture sensiblement centrale 3a. Le noyau 1a est formé d'une enveloppe trian-20 gulaire supérieure 5a et d'une enveloppe triangulaire inférieure 7a disposée parallèlement et séparées par douze dents 9a agencées symétriquement avec des ouvertures 11a disposées entre celles-ci. Chaque enveloppe est formée d'un empilage de tôles et comprend une partie triangulaire et une moitié de chaque dent 9a. Les dents 9a sont 25 recourbées sensiblement à angle droit par rapport à la partie triangulaire et les extrémités des dents sont usinées. Les deux enveloppes sont assemblées avec les extrémités voisines des dents en engagement et sont rendues solidaires par un boulon traversant l'ouverture 3a. Un enroulement primaire 13a est bobiné sur chaque dent 9a à tra-. J0 vers des ouvertures voisines 11a et il possède des conducteurs 15a et 17a destinés à le connecter à l'une des tension de phase. Si quatre groupes de tensions triphasées sont utilisés comme pour les formes de réalisation selon les Figures 1 et 3, alors une tension de phase de chacune des tensions triphasées est appliquée aux enrou-35 lements 13a identifiés à la Fig. 4 par A-1, B-1, C-1 et D-1. Une seconde tension de phase de chacune des tensions triphasées est appliquée aux enroulements 13a identifiés par À-2, B-2, C-2 et D-2 et la troisième tension de phase de chacune des tensions triphasées est appliquée aux enroulements 13a identifiés par A-3, B-3, G-3 et D-3. 40 Des enroulements secondaires 19a, 21a et 23a sont bobinés sur lé 72 05471 5 2128336 noyau à travers des ouvertures 11a disposées aux sommets des parties triangulaires et sous-tendent les dents et les parties du. noyau entre celles-ci d'une manière semblable à celle de la forme de réalisation représentée à la Fig. 3• Le transformateur représenté à la 5 Fig. 4 fonctionne de la même façon que ceux représentés aux Figures 1 et 3- Il est à remarquer que la puissance délivrée par chaque phase est prélevée en partie sur toutes les douze phases d'entrée, de sorte que le facteur de puissance ne pose pas de problème pour l'une 10 quelconque des phases d'entrée, la faculté de filtrage inhérente aux noyaux ferreux polyphasés et la somme vectorielle des douze tensions de phase d'entrée permettent d'obtenir une tension de sortie contenant très peu d'harmoniques. Des tensions d'entrée en créneaux appliquées aux bornes des enroulements primaires engendrent des tensions 15 de sortie sinusoïdales aux bornes des enroulements secondaires sans filtrage additionnel. ÎDandis que la description et les dessins sont relatifs à une entrée dodécaphasée et une sortie triphasée, tout nombre de phase d'entrée et de sortie peut être obtenu en utilisant le principe dé-20 crit ci-dessus, les enroulements primaires sont de préférence distribués symétriquement sur le noyau et les enroulements secondaires sont agencés sur le noyau les uns par rapport aux autres selon l'angle de phase séparant les sorties, le nombre de dents doit être égal à "m" ou à un multiple de "m" qui est le nombre de tensions de phase d'en-25 trée et aussi à un multiple de "n" qui est le nombre de tensions de phase de sortie. Cet agencement permet à "m" enroulements primaires distribués symétriquement d'être bobinés sur les dents du noyau pour être alimentés par les tensions de phase d'entrée et permet à "n" enroulements secondaires d'être disposés les m par rapport aux autres 30 sur le noyau pour sous-tendre un nombre de dents correspondant à l'angle de phase désiré séparant les tensions de phase de sortie. Bien que dans un but d'explication de l'invention plusieurs formes de réalisation particulières de celle-ci aient été représentées et décrites, il doit être entendu que divers changements ou modifica-35 tions évidents à tout homme de l'art peuvent y être apportés sans s'écarter pour cela de l1esprit de l'invention ni sortir de son domaine . 72 05471 6 2128336 REVENDICATIONS 1. Transformateur destiné à procurer une sortie à "n" phases pour une entrée à "m" tensions de phase, caractérisé en ce qu'il comprend : un noyau en substance magnétique possédant deux enveloppes 5 interconnectées par des dents espacées les unes des autres, le nombre de dents étant égal à "m" ou à un multiple de "m" qui est le nombre de tensions de phase d'entrée et à un multiple de "n" qui est le nombre de phases de sortie ; "m" enroulements primaires bobinés sur lea dents et chacun excité par une tension de phase d'entrée ; et "nw 10 enroulements secondaires agencés sur le noyau de manière qu'une tension de sortie soit induite dans chacun de ceux-ci, ces enroulements secondaires étant disposés les uns par rapport aux autres selon l'angle de phase désiré qui sépare les tensions de sortie. 2. Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en 15 ce que le noyau est circulaire et que les enveloppes sont concentriques et séparées par les dents qui sont disposées sensiblement radia-lement. 3. Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un enroulement primaire est bobiné sur chaque dent lorsque le 20 nombre de dents est égal à "m" qui est le nombre de tensions de phase d'entrée* 4. Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau possède des ouvertures entre les dents et que les enroulements primaires sont bobinés autour des dents à travers les 25 ouvertures. 5• Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les enveloppes sont continues et qu'un flux magnétique est induit dans chacune de celles-ci en raison de l'excitation des enroulements primaires par les tensions de phase d'entrée. 30 6. Transformateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les sections des enveloppes sont sensiblement égales de sorte que les flux magnétiques induits dans les enveloppes sont aussi sensiblement égaux;. 7« Transformateur selon la revendication 6, caractérisé en 35 ce que le flux magnétique induit dans chacune des enveloppes est sensiblement égal à deux fois celui induit dans une dent quelconque et que la section de chacune des enveloppes est égale à deux fois celle d'une dent demanière que l'induction magnétique soit équilibrée. 8. Transformateur selon la revendication 4, caractérisé en 40 ce que le noyau est circulaire et que chaque enroulement secondaire 72 05471 7 2128336 est bobiné autour de l'une des enveloppes à travers les ouvertures, ces enroulements étant agencés sur le noyau selon l'angle de phase qui sépare les tensions de sortie. 9. Transformateur selon la revendication 4, caractérisé ence que le noyau est circulaire ou triangulaire et que chaque enroulement secondaire est bobiné sur le noyau à travers deux ouvertures espacées l'une de l'autre selon l'angle de phase qui sépare les tensions de sortie et sous-tend les dents situées entre ces deux ouvertures. 10. Transformateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les enveloppes d'un noyau triangulaire sont triangulaires et disposées parallèlement l'une par rapport à l'autre ec sont séparées par les dents qui sont placées perpendiculairement par rapport aux enveloppes.