Brevet FR2290750A1 — publié le 19760604

La présente invention concerne un transformateur, notamment pour des courants forts à haute fréquence, qui est utilisable de préférence comme transformateur de soudage. Lt échauffement des transformateurs produit par les pertes est particulièrement important dans le cas de transformateurs pour courants forts à haute fréquence (jusqu'à 30 à 35 000 Hz). De tels transformateurs à haute fréquence sont utilisés entre autres pour des installations d'épreuve,de chauffage par induction, de traitement thermique à haute fréquence, et analogues, en particulier également comme transformateurs de soudage pour courant à haute fréquence, par exemple, de 500 à 20 000 Hz, de préférence de 3 000 à 15 000 Hz. le noyau en fer des transformateurs à courant fort à haute fréquence usuels, notamment des transformateurs de soudage de ce type, est, d'autre part, toujours encore relativement lourd et gros, et a une influence défavorable sur ltencombrement et le poids des appareils en question. Le poids important des transformateurs de soudage à haute fréquence se montre particulièrement défavorable dans le cas d' appareils de soudage manuels portables ou déplaçables pour soudage à l'arc. La présente invention a pour but d'améliorer 11 évacuation de la chaleur de perte et de réaliser un transformateur, notamment un transformateur pour courant fort à haute fréquence, en particulier un transformateur de soudage à haute fréquence, qui, en liaison avec une construction simple, est mieux refroidi que précédemment et, en conséquence, présente un noyau de fer plus petit et plus léger. Dans ce but, l'invention est caractérisée par des corps de support d'enroulements tubulaires, disposés concentriquement entre eux, et décalés l'un de l'autre en direction radiale, qui portent chacun une couche d'enroulement de bobinage primaire et secondaire, et qui forment entre eux des canaux de refroidissement traversants de section transversale annulaire Avec cette disposition, sont ainsi formés, entre les corps de support d'enroulements tubulaires individuels, qui portent chacun une couche de spires d'enroulement primaire et d'enroulement secondaire du transformateur, des canaux de refroidissement traversants, à section transversale de forme annulaire, à travers lesquels l'air de refroidissement peut s'écouler librement en direction parallèle à l'axe.L'air de refroidissement peut ainsi balayer aussi bien chaque couche de spires individuelle, notamment sur son coté extérieur, qu'également chaque corps de support d'enroulements individuel, en particulier sur sa surface intérieure, totalement et de manière intensive. On obtient ainsi un refroidissement particulièrement satisfaisant des spires et des corps de support d'enroulements, et en conséquence, de tout le transformateur. Le noyau en fer peut en conséquence, être constitué plus petit et plus léger, ce qui abaisse également, de manière correspondante, l'encombrement et le poids des appareils équipés avec ces transformateurs. Les corps tubulaires de support d'enroulements peuvent présenter une section transversale de forme quelconque. Le refroidissement du transformateur, notamment le noyau, peut etre encore renforcé en supplément par le fait que les corps de support d t enroulements tubulaires présentent une section transversale circulaire et entourent une branche du-noyau-en fer ayant une section transversale rectangulaire. Dans ce mode de réalisation de l'invention sont formés entre la branche rectangulaire du noyau en fer et le corps de support d'enroulements le plus intérieur, en forme de cylindre circulaire, des canaux de refroidissement de direction longitudinale avec section transversale en forme de segments circulaires, qui assurent un refroidissement extraordinairement bon des faces longitudinales de la branche de noyau en fer. Une autre augmentation importante du refroidissement du transformateur peut être obtenue en prévoyant que les corps de support d'enroulements tubulaires sont pourvus d'un ventilateur coaxial de transport d-1air. Les corps de support d'enroulements de forme tubulaire peuvent etre constitués de diverses manières et en divers matériaux. Pour des raisons d'isolation techniques, il est judicieux de prévoir une forme de réalisation dans laquelle les corps de support d'enroulements tubulaires sont constitués enmatériau électriquement isolant, notamment céramique .Dans le but d'un meilleur refroidissement, il peut cependant être avantageux de constituer les corps de support d1enroule- ments tubulaires en matériau métallique, notamment en aluminium, car de tels matériaux ont une meilleure conductibilité de la chaleur0 Mais, dans ce cas, il est préférable que les corps de support d'en roulements tubulaires, fabriqués en métal, notamment en aluminium, soient interrompus, en au moins un emplacement de leur pourtour, par une fente d'air ou par une barrette électriquement isolante de direction longitudinale, qui interrompe sa conductibilité électrique dans la direction de son pourtour. On évite ainsi la production de courants induits circulaires. le refroidissement du transformateur peut encore Autre intensifié en prévoyant que les corps de support d'enroulements tubulaires sont pourvus, sur leur surface enveloppe intérieure opposée à la couche de spires enroulée, de nervures de refroidissement dirigées radialement, s'étendant longitudinalement. Ces nervures de refroidissement corps de support d'enroulements tubulaires le plus intérieur, peuvent alors être constituées comme des pièces d'espacement pour centrer et positionner la branche de noyau de fer qui y est enfermée. la description ci-après se rapporte à deux modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une première forme de réalisation du transformateur conforme à l'invention, avec un ventilateur la figure 2 est une vue en perspective du transformateur de la figure I la figure 3 est une vue en coupe transversale du transformateur des figures 1 et 2 la figure 4 est un schéma des cônnections du dispositif d'alimentation du transformateur de la figure 1, et la figure 5 est une vue en coupe transversale des corps de support d'enroulements en forme de tube d'une seconde forme de réalisation du transformateur de l'invention. Le transformateur représenté dans les figures 1 à 3 est cons titué comme un transformateur à enveloppe. Le noyau en fer consistant en un paquet de tôles 1 présente une branche médiane 3~avec les enroulements primaire et secondaire, et deux branches latérales 2 sans enroulements. Les branches 2 et 3 ont une section transversale rec tangulaire, et sont réunies à chaque extrémité entre elles par des culasses 4. Les tales du noyau en fer 1 sont pressées entre elles à l'aide de boulons de serrage 6 disposés dans la zone des angles entre les culasses 4 et les branches latérales 2 et par des profilés de pression 5 en forme de U, résistant à la flexion, qui s'étendent le long des branches latérales 2. Sur ces profilés de pression 5, généralement métalliques, sont fixés des isolateurs cylindriques 7 qui portent chacun un axe fileté 8 faisant saillie vers l'exté- rieur. k l'aide des axes filetés isolés inférieurs 8, le transformateur est fixé à une plaque de support, non représentée. Sur les axes filetés isolés supérieurs 8, sont par contre fixées deux barres de courant 9 qui s' étendent transversalement aux profilés de pression 5, espacées des profilés, et espacées entre elles.Ces barres présentent chacune une borne 10 pour la connection à une extrémité de l'enroulement secondaire, et une borne 11 pour le raccordement du conducteur correspondant de la canalisation d'utilisation, partant du transformateur, et non représentée (figure 2). D'après les figures 2 et 3, on voit que les profilés de pression 5 en forme de U sont couchés et fixés par une de leurs ailes au paquet de tales du noyau en fer 1, tandis que l'autre aile porte les isolateurs 7 avec les axes filetés 8. Autour de la branche médiane 3 du noyau en fer 1, sont disposés trois corps de support d'enroulements 12, à section transversale circulaire, en forme de tubes concentriques engages l'un dans l'autre avec espacement réciproque (figure 2). Dans 11 exemple représenté aux figures 1 à 4, ces corps sont constitués en un matériau électriquement isolant, notamment une matière céramique. Les deux corps de support d'enroulements 12 portent chacun une couche de spires 15 de l'enroulement primaire, tandis que le corps de support d'enroulements extérieur 12 porte la couche unique 16 de spires de l'enroulement secondaire.Le corps de support d'enroulements qui est le plus à l'intérieur est d'une dimension telle, qu'avec sa surface enveloppe extérieure, il soit en contact avec les angles de la section transversale rectangulaire de la branche médiane 3 du noyau (figure 3), et soit ainsi centré sur cette dernière. Les corps de support d'enroulements 12 de forme tubulaire sont, en outre, positionnés et centrés de telle manière, qu'en conservant leur distance d'espacement radiale prescrite, ils soient pourvus, à leurs extrémités de texte, d'encoches 13 en forme de segments (figure 2), dans lesquelles sont engagées les deux culasses 4 du noyau 1. En outre, sont prévues des vis de fixation et d'espacement 14 dirigées radialement (figure 2) qui sont vissées à travers les deux corps de support d'enroulements tubulaires extérieurs 12 et qui s'engagent à leur extrémité dans le corps de support d'enroulements le plus intérieur 12. Dans la forme de réalisation décrite ci-dessus, se trouvent formés, entre les corps de support d'enroulements tubulaires individuels 12, des canaux de refroidissement traversants 17 parallèles à l'axe, qui ont une section transversale en forme d'anneau De manière analogue, des canaux de refroidissement 17 parallèles à l'axe, à section transversale en forme de segment de cercle, sont formés entre le corps de support d1enroulements le plus intérieur, de forme tubulaire 12, et la branche médiane 3 du noyau de fer 1, qui y est enfermée.On obtient ainsi un refroidissement particulièrement bon, aussi bien de la branche rectangulaire 3 du noyau qui porte un enroulement, qu'également des surfaces intérieures et extérieures du corps tubulaire de support d'enroulements 12 et de chaque couche de spires d'enroulement individuelle 15 et 16, des enroulements primaire et secondaire. Ce refroidissement peut être rendu considérablement plus intense par la disposition d'un ventilateur 18 coaxialement aux corps de support d'enroulements 12, comme représenté particulièrement dans la figure 1. Les transformateurs conformes à l'invention peuvent être utilisés pour des courants électriques de toute intensité, tension et fréquence, ainsi que pour divers buts d'emploi. Les canaux de refroidissement 17 eux-m8mes, ou en liaison avec un ventilateur 18, assurent alors un refroidissement du transformateur suffisant pour que le noyau de fer puisse être constitué nettement plus petit et plus léger que ceux des modes de construction connus à ce jour, L'évacuation intensive de la chaleur de perte des transformateurs conformes à l'invention est cependant particulièrement avantageuse dans le cas de transformateurs pour courant fort à haute fréquence (jusqu'à environ 30 à 35 000 Hz), tels que, par exemple, des transformateurs pour installations d'épreuve, chauffage à induction, traitements thermiques à haute fréquence, ou analogues, en raison des pertes élevées dans le fer et du fort échauffement du noyau de ces transformateurs0 On utilise avec un avantage particulièrement important les transformateurs conformes à l'invention, également comme transformateurs de soudage pour courant à haute fréquence, par exemple, de 500 jusqu'à 20 000 Hz, de préférence de 3 000 à 10 000 Hz, car les noyaux de fer plus petits et plus légers rendent possible un abaissement correspondant important du poids de l'appareil de soudage et la constitution d'appareils de soudage manuels et portatifs, notamment d'appareils de soudage à l'arc manuels. Lors de l'utilisation du transformateur conforme à l'invention pour des courants forts à haute fréquence, ou comme transformateur de soudage à haute fréquence, le transformateur est de préférence alimenté par l'intermédiaire dtun convertisseur 19, comme représenté dans les figures 1 et 4. Un tel convertisseur ttansforme, ainsi qu'il est connu, un courant alternatif d'une certaine fréquence en un courant alternatif d'une autre fréquence. Dans l'exemple de réalisation représenté, le transformateur est alimenté à travers le convertisseur 19, à partir du réseau de distribution normal 20, et est mis en oeuvre, par exemple, comme transformateur de soudage à haute fréquence.Le convertisseur 19 doit donc-convertir le courant électrique normal du réseau à 50 Hz, en un courant de soudage dtune fréquence d'environ 3 000 à 20 000 Hz. La figure 4 représente le schéma des circuits dlune forme de réalisation particalièrement avantageuse du convertisseur 19. Celui-ci présente, dans ce cas, un circuit intermédiaire à courant continu et est constitué comme un convertisseur à semi-conducteur. En particulier, ce convertisseur 19 se compose d'un redresseur à courant continu 22, qui peut être raccordé à travers un contacteur 21, au réseau d'alimentation électrique normal 20 (courant alternatif à 220 V, 50 Hz). Les deux sorties 23, 24 du redresseur 22 sont reliées entre elles à travers le condensateur 25, et chacune est reliée à un redresseur à courant alternatif à semi-conducteurs 26 et 27 respectivement. Ces redresseurs à courant alternatif 26, 27 sont de préférence constitués sous forme de circuits intégrés et peuvent, par exemple, consister en un élément de construction électronique disponible dans le commerce. Ces redresseurs à courant alternatif 26, 27 sont couplés entre eux par des conducteurs 30, 31, qui sont reliés par l'nntermédiaire des conducteurs 32, 33, avec l'enroulement primaire 15 du transformateur.Les deux redresseurs 26, 27 sont alors commandés à travers les conducteurs respectifs 28, 29, chacun avec une tension rectangulaire, de telle sorte qu'ils déli vrent aux conducteurs de couplage 30, 31, ainsi qu'aux conducteurs de sortie 32, 33 respectifs, une tension alternative rectangulaire. Le transformateur est alors alimenté avec un courant alternatif, dont la fréquence dépend de la fréquence des tensions d'alimentation des deux redresseurs 26, 27, et il peut être mis en service à volonté. Le convertisseur 19 est de préférence disposé entre le venti lateur 18 et le transformateur, de sorte qu'il est chargé par le courant d'air produit par le ventilateur, et est ainsi refroidi. Le convertisseur 19 peut consister en deux ou plusieurs plaques paral lèles entre elles, disposées espacées entre elles dans le courant d'air produit par le ventilateur 18, et qui portent les éléments de construction électroniques. Le mode de réalisation représenté en partie dans la figure 5 du transforma-t;eur conforme a' l'invention, correspond essentiellement au mode de réalisation suivant les figures 1 à 4, les pièces déjà décrites étant, ou bien non représentées, ou bien pourvues des mêmes signes de référence. Les corps de support d'enroulements tubulaires 12 sont dans ce cas, constitués en une matière métallique, notamment 'en aluminium, et ils présentent une forme circulaire, mais non fermée en anneau, mais ils ont une section transversale ouverte en un en droit, c'est-à-dire interrompue.Cet endroit d'interruption est che vauché par une barrette 34 en une matière électriquement isolante, par exemple, une matière synthétique. la barrette 34 s'étend en di rection longitudinale du corps de support d'enroulements tubulaires intéressé et elle est reliée par engagement de forme sur chacun de ses cotés longitudinaux, avec les surfaces limites voisines de la fente allongée prévue dans le corps de support d'enroulements 12. En outre, chaque corps de support d'enroulements tubulaires 12 pré sente, sur sa surface,d'enveloppe extérieure qui est en contact avec la couche de spires 15 ou 16, un revêtement électriquement isolant 35, par exemple, sous la forme d'une couche de vernis, ou analogue. Dans le mode de réalisation suivant la figure 5, les corps de support d'enroulements tubulaires 12 sont pourvus, sur leur surface enveloppe extérieure, de nervures de refroidissement 36, venues de forme, à section transversale orientée radialement, qui s'étendent en direction longitudinale, c'est-à-dire parallèlement à l'axe des corps de support d'enroulements tubulaires correspondants 12. Ces nervures de refroidissement 36 accroissent la surface limite balayée par le courant d'air de refroidissement des canaux de refroidissement 17 formés entre les corps de support d'enroulements 12, et assurent ainsi considérablement le refroidissement du transformateur. Les nervures de refroidissement 36 du corps de support d'enroulements 12 le plus intérieur sont, en outre, disposées et dimensionnées de telle manière qu'elles déterminent l'espace disponible pour la branche médiane 3 du noyau de fer 1, qui présente une section transversale rectangulaire. Elles servent ainsi simultanément au centrage en tous sens et au positionnement par butées de cette branche de noyau 3. Certaines de ces nervures 36 peuvent, en outre, porter des pièces d'espacement 37 en matière électriquement isolante- emmanchées sur elles, en vue de centrer l'un par rapport à l'autre, les supports d'enroulements tubulaires 12 et de maintenir leur espacement radial. L'invention n'est pas limitée aux dispositions décrites et représentées. Diverses modifications et variantes restent possibles, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. -REVENDICATIONS 1. Transformateur, notamment pour courants forts à haute fréquence, utilisable de préférence comme transformateur de soudage, caractérisé par des corps de support d'enroulements de forme tubulaire, disposés concentriquement entre eux, et décalés l'un de l'autre en direction radiale, qui portent chacun une couche de spires dtenroulement primaire et d'enroulement secondaire, et qui forment entre eux des canaux de refroidissement traversants de section transversale annulaire. 2. Transformateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les corps de support d'enroulements tubulaires présentent une section transversale de forme circulaire, et entourent une branche du noyau de fer de section rectangulaire. 3. Transformateur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un ventilateur est affecté aux corps de support d' enroulement s tubulaires produisant un courant d'air coaxial. 4. Transformateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les corps de support d'enroulements tubulaires sont constitués en une matière électriquement isolante, notamment une matière céramique. 5. Transformateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les corps de support d'enroulements tubulaires sont constitués en un matériau métallique, notamment de 1' alu- minium, et présentent, en au moins un emplacement de leur pourtour, une interruption de leur conductibilité électrique en direction du pourtour, formée par une fente d'air ou par une barrette électriquement isolante dirigée longitudinalement. 6. Transformateur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les corps de support d'enroulements tubulaires présentent, sur leur-surface d'enveloppe extérieure, qui porte la couche d'enroulement correspondante, un revêtement électriquement isolant. 7. Transformateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les corps de support d'enroulements tu bulaires sont pourvus sur leur surface dtenveloppe extérieure, opposée à la couche de spires d'enroulements, de nervures de refroidissement s'étendant longitudinalement et dirigées radialement. 8. Transformateur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les nervures de refroidissement du corps de support d'enroulements tubulaires le plus à l'intérieur sont constituées comme des pièces d'espacement pour le centrage et le positionnement de la branche de noyau de fer enfermée par le corps de support. 9. Transformateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les culasses du noyau de fer, de section transversale rectangulaire sont engagées par engagement de forme dans des encoches du coté de tête du corps de support d'enroulements tubulaires. 10. Transformateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est alimenté par l'intermédiaire d'un convertisseur de fréquence0 11. Transformateur suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le convertisseur présente un circuit intermédiaire à courant continu et deux redresseurs à courant alternatif à semi-conducteurs, commandés et couplés entre eux. 12. Transformateur suivant l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que le convertisseur est disposé entre les corps de support d'enroulements de forme tubulaire et le ventilateur dans le courant d'air produit par ce ventilateur.