Brevet FR2269142A1 — publié le 19751121

L'invention concerte le domaine de l'éleotrotechrsioue, et plus particuliètement des sources d'alimentation en courant sta bilisé destinées à alimenter des installations technologiques électrioues, De façon la plus efficace l'invention peut être appliquée pour l'alimentation en courant stabilisé d'installations électriques qui consomment un fort courant alternatif sous basse tension, les entrées de courant de l'installation se trouvant à une grande distance l'une de 11 autre. Telles sont par exemple des installations de chauffage élee- trique de métaux et de leurs alliages, des fours à arc à vide, de fours electriques pour la fusion du mental sous laitier conducteur de ltelectricité, etc... On cornait des sources d'alimentation en courant stabilisé alternatif pour installations électriques, comprenant: un regulateur de courant à inductance et capacitance avec un transformateur d'alimentation d'adaptation ordinaire, un court réseau compose d'une barre conductrice fixe liée au transformateur d1alimenta- tion d'adaptation et de barres conductrices souples mobiles à 1' aide desquelles est réalisée la liaison électrique avec les entrées de courant mobiles de l'installation. Ordinairement, les transformateurs d'alimentation d'adaptation utilisés largement dans les installations électriques ont des circuits magnétiques de forme sensiblement cylindrique dont les enroulements sont strictement cylindriques et, plus rarement, de forme carrée ou rectangulaire. Le secondaire dtun tel transformateur entoure le primaire suivant tout le périmètre, et la distance entre les sorties du secondaire est réduite au minimum. Une telle construction du transformateur d'alimentation a' adaptation assure une valeur minimum à sa réactance interne, mais il se produit alors un accroissement considérable des réactances intrinsèques aux barres conductrices individuelles reliées aux entrées de courant se trouvant à une certaine distance d'une installation. les inconvénients essentiels des sources d'alimentation en courant stabilisé pour installations électriques ayant des entrées de courant éloignées l'une de l'autre sont les suivants: un faible facteur de puissance, de pertes globales considérables en tension et en puissance dans le transformateur d'alimentation dl adaptation, le court réseau et la charge présentent de fortes réactances. En outre, une source d'alimentation stabilisée présentant un faible facteur de puissance global du transformateur d'adaptation, du court réseau et de la charge introduit une asymétrie élevée des charges dans le réseau triphasé. De plus, le couplage des enroulements du transformateur d' adaptation et la stabilisation du courant de charge deviennent plus mauvais, en présence d'une valeur variable du facteur de puissance global du transformateur d'adaptation, du court réseau et de la charge. L'invention vise à mettre au point une source d'alimentation en courant stabilisé alternatif, dans laquelle la construction du transformateur d'adaptation et du court réseau permette de réduire au minimum tous le inconv8nients énumérés plus haut et propres aux sources de courant stabilisés existantes pour l'alimentation des installations électriques ayant de préférence une charge à résistance variable. Ce but est atteint du fait que dans une source en courant d' alimentation stabilisez pour alimenter des installations électriques, comprenant un régulateur de courant d inductance et capaci- tance avec un transformateur d'alimentation et un court réseau composé d'une barre conductrice fixe branchée par l'intermédiaire de sections souples b une installation électrique, selon l'invention le circuit magnétique et le primaire dudit transformateur sont régulièrement répartis le long de toute la barre conductrice fixe, en l'entourant suivant la section transversale, la barre conductri ce fixe constituant le secondaire dudit transformateur. Il est avantageux d'installer un tel transformateur dans 1' installation électrique de telle façon que la longueur des barres conductrices de connexion faisant partie du court réseau soit définie de préférence par la valeur du déplacement des entrées de courant de la charge. Dans le cas où les entrées de courant doivent être déplacées pendant le fonctionnement de l'installation électrique les barres conductrices de connexion sont réalisées souples et leur longueur est définie par la valeur du déplacement des entrées de courant de la charge. Il est avantageux de réaliser le circuit magnétique dudit transformateur sans recouvrement ni entrefer en plusieurs sections assemblées à partir de plaques présentant chacune une seule pièce de forme rectangulaire découpée, en tôle d'acier électrique. Ceci permet une diminution du courant de marche à vide du transformateur d'alimentation. Il est souhaitable que la barre conductrice fixe ait une section transversale rectangulaire et que suivant toute la longueur de la barre soit pratiquée une can & sation pour la circulation d'un fluide réfrigérant. Comme agent réfrigérant on peut utiliser de l'eau épurée adoucie ou d'autres fluides supposés plus efficaces et moins dangereux du point de vue de leur application dans une installation électrique. Il est important de réaliser le primaire du transformateur d'alimentation à couche unique et à refroidissement par circulation d'eau, ainsi que de bobiner ces spires sur deux noyaux du circuit magnétique, les spires étant agencées sur chaque noyau de façon que les extrémités des spires adjacentes se trouvent sur des faces opposées des noyaux, et de les interconnecter en série de deux côtés de chaque noyau, spire après spire, en créant sur chaque noyau deux sections du primaire qui sont électriquement liées entre elles en série. Il est avantageux de réaliser les spires du primaire en tube de cuivre profilé et de former dans ce tube une canalisation pour la circulation d'un agent de refroidissement, cette canalisation étant disposée asymétriquement et décalée vers l'intérieur de la spire. En vue d'obtenir un refroidissement efficace du primaire du transformateur d'alimentation, ce qui permettrait une réduction des dimensions de ce dernier et une réalisation plus compacte d' une installation dans son ensemble, il est avantageux de connecter, au moyen d'un flexible en matériau isolant, une des sections du primaire portée par le premier noyau du circuit magnétique avec une section du bobinage portée par le deuxième noyau du circuit magnétique, et de connecter à l'aide d'un flexible identique une seconde section du bobinage portée par le premier noyau du circuit magnétique avec une seconde section du bobinage portée par le deuxième noyau du circuit magnétique, ce qui permettrait la circulation dans ces sections d'un fluide de refroidissement. Pour mieux comprendre l'essentiel de la présente invention on va donner ci-dessous sa description détaillée, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels la Fig. 1 représente le schéma de prircipe de la source d' alimentation en courant stabilisé destinée à des installations électriques; la Fig. 2 représente en coupe transversale la construction du transformateur d'alimentation d'adaptation suivant l'invention; la Fig. 3 est une vue de dessus, en coupe partielle, du transformateur de la Fig. 2; la Fig. 4 est une vue de face d'unè section du circuit magnétique du transformateur; la Fig. 5 est une vue latérale de la section du circuit ma gnétique représentée sur la Fig. 4; la Fig. 6 montre une spire du primaire du transformateur d' alimentation;; la Fig. 7 est une coupe de la Fig. 6, suivant la ligne VII VII; la Fig. 8 représente le schéma de connexion des spires du primaire du transformateur d'alimentation pour le courant et pour l'eau de refroidissement; la Fig. 9 est une vue de face du transformateur d'alimentation d'adaptation; la Fig. 10 représente la barre conductrice fixe, faisant partie du court réseau et constituant le secondaire du transformateur d'adaptation; la Fig. Il est une coupe de la Fig. 10 suivant la ligne XI- XI; la Fig. 12 est le schéma de connexion d'une installation électrique verticale au transformateur d'alimentation selon 1' invention; la Fig. 13 est le schéma de connexion d'une installation électrique horizontale au transformateur d'alimentation selon l'invention. La source d'alimentation en courant stabilisé représentée sur la Fig. 1 est réalisée triphasée et comprend un condensateur 1 branché sur la phase en avance "A", une self 2 branchée sur la phase en retard "C" et un transformateur d'alimentation d'adaptation 3, dont le primaire est connecté à la phase A et dont le secondaire est branché à une charge 4. Les réactances du condensateur 1 et de la self 2 sont alors égales en valeur et le point zéro flottant du montage en étoile de la source composée des éléments 1,2,3 se déplace senon la fonction F ( Z; Rz ), pour une intensité de courant invariable dans le primaire du transformateur danimentation d'adaptation 3, où R et Z sont les résis- tances de la charge 4. Avec la diminution du facteur de puissance total du transformateur d'alimentation d'adaptation, du court réseau et de la charge, la tension et le courant de la capacité croissent, en provoquant une asymétrie des charges dans le réseau triphasé Une augmentation du facteur de puissance et une diminution des pertes en tension et en puissance sont obtenues selon l'invention grâce à une nouvelle conception du transformateur d'alimentation dladap- tation associée à une barre conductrice fixe constituant le court réseau. Les Fig. 2, 3 représentent le transformateur d'alimentation d'adaptation 3 dont le circuit magnétique 5 entoure les spires du primaire 6 et la barre conductrice fixe 7 de court réseau, cette dernière constituant le secondaire du transformateur. Le circuit magnétique 5 est de préférence fabriqué à partir de tôles d'acier de transformateur laminées à froid, les plaques découpées en tôles étant serrées par quatre goujons 8 ou davantage. Il est composé a' une seule ou de plusieurs sections. Les Fig. 4, 5 représentent une section 9 du circuit magnétique 5, où les plaques de tôles d'acier de transformateur constituant l'empilage du circuit magnétique sont réalisées sans recouvrement ni entrefer, en une seule pièce. les toles d'acier de transformateur sont découpées de façon que les axes des noyaux coïncident avec le sens du laminage, et que la section de la culasse soit supérieure à celle du noyau. Un tel circuit magnétique sans recouvrement et sans entrefer permet de réduire sensiblement des ampère-tours d'aimantati-on et d'augmenter la densité du flux magnétique. Les toles d'acier de transformateur coupées d'abord en rectangles sont ensuite soumises à nir découpage et prennent la forme du circuit magnétique 5, vu en plan comme représenté sur la Fig.4. Dn côté des faces d'extrémité de chaque section 9 du circuit ma magnétique 5 sont montées des plaques 10 qui répètent la forme de ce dernier. les goujons de serrage 8 et les plaques 10 sont isolés par rapport à la section 9 du circuit magnétique pour éviter les court-circuits. les noyaux du circuit magnétique 5 sont recouverts par collage deffeuilles isolantes 11,12. Le circuit magnétique 5 illustré sur les Fig. 2,3 est composé de deuk sections 9 assemblées sur une base 13 commune. La. longueur de chaque section 9 est d'environ 1 m, et est déterminée par la résistance mécanique des goujons de serrage 8. Le nombre de sections 9 du circuit magnétique 5 est fonction de la longueur de la barre conductrice fixe 7 faisant partie du court réseau, et peut être de 1 à 6. Un grand nombre de sections dans le circuit magnétique 5 présente un désavantage du fait des difficultés liées à la réalisation d'une construction rigide du transformateur. Entre les sections 9 du circuit magnétique 5 sont intercalées des garnitures d'étanchéité 14 en bois imprégné avec de l'huile ou en un autre matériau isolant, qui après un centrage des sections 9 sont compoundées sur le circuit magnétique par une composition à base de résines époxydes ou d'un autre matériau isolant 15 (Fig. 2) présentant des propriétés adhésives. Après avoir mis en place de façon analogue la base supérieure 131 le circuit magnétique 5 étant retourné, on serre les bases supérieure et inférieure 13, 131 au moyen de goujons 16, ce qui confère une rigidité suffisante au circuit magnétique 5. Les bases supérieure et inférieure 13, 131 sont en un matériau non magnétique, par exemple, en acier. le primaire 6 du transformateur 3 est à couche unique refroidie par circulation d'eau et est formée de spires séparées. Chaque spire des Fig. 6, 7 est faite en un tube en cuivre 17 de section rectangulaire et présente une forme en U. Un canal 18 dans le tube 17 est décalé vers l'intérieur de la spire (Fig. 7) et sert au passage de l'eau de refroidissement. Un tel décalage du canal 18 dans le tube 17 permet d'approcher les parties parcourues par le courant du primaire 6 et de la barre conductrice fixe 7 qui constitue le secondaire du transformateur 3, en vue de diminuer le flux de dispersion entre les enroulements. Afin de renforcer l'isolation entre les spires une bande 19 en textolite ou en un autre matériau isolant et résistant à la chaleur est collée sur le tube 17, sur laquelle est ensuite enroulée une bande isolante en micanite ou en un autre matériau isolant et résistant à la chaleur. Les spires du primaire 6 (Fig. 2, 3) faites à partir du tube 17 sont montées sur 1es noyaux du circuit magnétique 5, les têtes de bobinage étant calées à l'aide de cales 21 en bois imprégné avec de l'huile. Chaque spire entoure le noyau du circuit magnétique 5 le long de la barre conductrice fixe sur toute sa longueur, les extrémités des spires adjacentes du primaire 6 étant alors orientées de côtés opposés. Les parties extérieures du primaire sont recouvertes de plaques 22 en matériau isolant qui serrent les spires contre le circuit magnétique. La Fig. 8 représente le schéma de connexion des spires du primaire et de leur répartition le long des noyaux du circuit magnétique 5. Les spires 23, 24, 25 sont bobinées autour du premier noyau du circuit magnétique et interconnectées en série par des barrette tes de connexion 26, en constituant une section du primaire des sorties 27 et 28, disposée sur le premier noyau du circuit magnétique 5. les spires 29, l0, 31 du primaire sont interconnectées sur l'autre extrémité du transformateur par des barrettes de connexion 32, en constituant une autre section du primaire avec des sorties 33,34 placées sur le même noyau du circuit magnétique. les spires 35, 36, 37 réparties sur le deuxième noyau du circuit magnétique sont interconnectées par des barrettes de connexion 38, en constituant une section du primaire avec des sorties 39, 40. Des spires 41, 42, 43 sont interconnectées en série par des barrettes de connexion 44, en constituant une autre section du primaire avec des sorties 45, 46, disposée sur le deuxième noyau du circuit magnétique. La sortie 28 est électriquement liée à la sortie 33 par une barrette de connexion 47, et les spires 23,24,25 et 29,30,31 constituent ainsi une partie du primaire 6 qui est disposée sur le premier noyau du circuit magnétique. La sortie 40 est reliée par une barrette de connexion 48 à la sortie 45, et les spires 35,36,37 et 41,42,43 constituent ainsi une autre partie du primaire 6 qui est disposée sur le deuxième noyau du circuit magnétique. Ces parties du primaire peuvent être interconnectées en parallèle et en série, en formant ainsi le primaire du transformateur. La Fig. 8 illustre en particulier une interconnexion en sé- rie des sorties 34 et 46 par une barrette de connexion 49. Les barrettes de connexion 26, 32, 38 et 44 (Fig. 9) sont faites en tubes de cuivre 50 isolés avec une bande de mica, la section de ces tubes étant égale à celle des tubes 17 qui servent à réaliser les spires du primaire. Lorsque la section des tubes de connexion 50 se trouve insuffisante, ces tubes sont shuntés par des barrettes en cuivre 51. Ainsi, les spires 23,24,25 constituent une canaXisation commune pour le refroidissement par eau, et elles sont interconnectées, avec les spires 35,36,37 par une barrette 50 réalisée en un tuyau flexible en caoutchouc 53 (Fig. 3). Les spires 29,30,31 (Fig. 8) sont interconnectées avec les spires 41,42,43 par une barrette 54 réalisée en un tuyau flexible en caoutchouc 55 pour former un passage pour l'eau. Les flèches 56 indiquent le sens d'écoulement de l'eau de refroidissement dans les spires 23,24,25 et 27,36,35. Les flèches 57 indiquent le sens d'écoulement de l'eau de refroidissement successivement dans les spires 41,42,43 et 31, 30,23. Pour une telle disposition de l'entrée et de la sortie de l'eau les spires du primaire restent remplies d'eau même dans le cas d'une panne. L'amenée de l'eau de refroidissement et son évacuation sont effectuées par des tubulures 58 (Fig. 9). Après le montage des spires du primaire 6 (Fig. 2) sur les noyaux du circuit magnétique 5, la barre conductrice fixe 7 faisant partie du court réseau et constituant en même temps le secondaire du transformateur d'alimentation d'adaptation est introduite à l'intérieur du circuit magnétique 5 entre les spires. La partie fixe de la barre conductrice 7 dans le court réseau servant du secondaire du transformateur d'adaptation est représentée sur les Fig. 10, 11. Cette barre conductrice peut être exécutée par soudure de deux barres en cuivre 59 conformément à la Fig. 11, ou bien par formage d'un tube de section ronde de valeur nécessaire jusqu'à l'obtention d'une forme convenable de la barre conductrice de la Fig. 11, ou bien par formage sous presse d'un profil creux rectangulaire. Entre les barres 59 se trouve formée une canalisation pour la circulation d'un fluide de refroidissement, ici, de l'eau. Afin de brancher une charge sur le transformateur A'alimen- tation la barre conductrice est munie de connexions 61, réalisées à l'aide de barres en cuivre ou dune barre conductrice souple de section appropriée, et pour amener et évacuer 11 eau de refroidissement, de deux tubulures 62 en communieation avec la canalisation 60. La barre conductrice est isolée à l'aide de bandes 63 de mica et de fibre de verre ou en un autre matériau isolant. La Fig. 12 représente schématiquement le transformateur a' alimentation 3 de conception décrite pour des installations électriques verticales dont les entrées de courant 64 se trouvent à une certaine distance l'une de l'autre dans un plan vertical, telles que par exemple des fours à arc à vide ou des fours électriques pour la fusion sous laitier électro-eonducteur. Sur la même figure on voit aussi des conducteurs d'amenée de courant souples 65 reliant le transformateur aux entrées de courant 64 de l'installation. Bans le cas ou les entrées de courant sont fixes, lesdits conducteurs d'amenée de courant sont réalisés rigides et dotés de compensateurs de température en vue de faire varier la distance entre les entrées de courant de l'installation. La Fig. 13 illustre le schéma d'une disposition du transformateur d'alimentation 3 dans une installation horizontale(non représentée) dont les entrées de courant 64 sont à une certaine distance l'une de l'autre dans un plan horizontal, telle que par exemple une installation de chauffage à moufle, du type à électroconduction. Revendications 1 - Source d'alimentation en courant stabilisé destinée à alimenter des installations électriques, mprenant un régulateur de courant à inductance et capacitance doté d'un transformateur d'alimentation et un court réseau composé d'une barre conductrice fixe branchée à l'installation électrique, par l'intermédiaire de ses parties souples, caractérisée en ce que le circuit magnd- tique et le primaire dudit transformateur sont régulièrement répartis le long de la barre conductrice fixe en l'entourant suivant sa section transversale, la barre conductrice-fixe constituant le secondaire dudit transformateur. 2 - Source d'alimentation selon la revendication 1, caractérisée en oe que le circuit magnétique dudit transformateur comprend plusieurs sections assemblées à partir de plaques en acier de transformateur de forme rectangulaire empilées, chacune de ces plaques présentant une seule pièce sans entrefers ni recouvrements. 3 - Source d'alimentation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la barre conductrice fixe présente une section transversale rectangulaire, et en ce que suivant toute sa longueur est pratiquée une canalisation pour la circulation d'un fluide de refroidissement. 4 - Source d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le primaire, dont les spires sont disposées sur deux noyaux du circuit magnétique, est réalisé à couehe unique, les spires étant disposées sur chaque noyau de telle façon que les extrémités des spires adjacentes se trouvent sur les faces opposées des noyaux du circuit magnétique et sont connectées en série sur les deux faces du noyau, spire après spire, en constituant sur chaque noyau deux sections d'enroulement qui sont électriquement interconnectées en série. 5 - Source d'alimentation selon la revendination 4, caractérisée en ce que les spires dudit primaire sont faites à partir d'un tube en cuivre profilé dans lequel une canalisation pour la circulation du fluide de refroidissement est ménagée de façon asymétrique et est décalée vers l'intérieur de la spire. 6 - Source d'alimentation selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'une des sections du primaire disposée sur le premier noyau du circuit magnétique est reliée par un tuyau flexible en matériau isolant à une des sections de l'enroulement disposée sur le deuxième noyau du circuit magnétique, et une autre section du primaire disposée sur le premier noyau du circuit magnétique est reliée par un autre tuyau flexible en matériau isolant à une autre section de l'enroulement disposée sur le deuxième noyau du circuit magnétique pour permettre l'écoulement dans les spires de ces sections du fluide de refroidissement.