Brevet FR2327618A1 — publié le 19770506

L'invention se rapporte à l'industrie électrotechnique et, plus particulièrement, aux transformateurs réglables. On contact des transformateurs réglables dont les bornes des enroulements sont commutées par des contacteurs, des combinateurs ou à l'aide de thyristors. Les transformateurs munis de contacteurs n' ont pas de réglage continu et, par conséquent, leurs caractéristiques technologiques sont moins bonnes par rapport à celles des transformateurs dotés de combinateurs ou de thyristors. Les plus utilisés sont les transformateurs équipés de soupapes commandées connectées en série au transformateur, en parallèle et en opposition l'une à l'autre, effectuant un réglage par modulation d'impulsions en position soit un réglage par modulation d'impulsions en durée. Cependant ces transformateurs présentent les inconvénients suivants 1. Le facteur de puissance est faible. Il peut être augmenté sensiblement par branchement de batteries de condensateurs et décroît rapidement lorsque le facteur de puissance de la charge cos t Cl. 2. L'allure des courbes de courant et de tension subit de fortes distorsions qui sont particulièrement dangereuses pour des puissances élevées quand les harmoniques supérieurs viennent perturber le bon fonctionnement des consommateurs se trouvant à proximité et parfois les mettent hors service. 3 . Lors du réglage en phase par thyristors il est indispensable d'abaisser le courant de charge. 4. Tout en étant du meme prix que les transformateurs réglable conformes à la présente invention, les transformateurs en question se distinguent par une faible fiabilité, car il existe dans le même dispositif deux éléments de puissance égale : un régulateur à semi-conducteurs et un transformateur. Les détériorations intervenant dans les circuits de commande des thyristors (court-circuit, coupure) mettent le dispositif hors service, ce qui n'arrive pas dans le transformateur, objet de la présente invention. Les transformateurs du type connu, dont la commutation sans contact des bornes des enroulements se fait à l'aide de soupapes commandées sont avantageux, par rapport aux transformateurs indiqués ci-dessus, uniquement en ce qui concerne la valeur du facteur de puissance et l'allure de la courbe de tension. Cependant ils sont moins sdrs en fonctionnement et plus onéreux? vu le fait qu'il s'agit déjà de trois éléments : un transformateur réglable et deux ensembles de thyri stors. De plus, le circuit de commande automatique est dans ce cas sensiblement plus coûteux. Le but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients indiqués dans ce qui précède. La présente invention a pour objet de réaliser un transformateur réglable permettant d'effectuer un réglage continu du rapport de transformation sans introduire de distorsions dans l'allure sinusoSdale de la courbe de tension de sortie et assurant Mes indices techniques et économiques élevés. Ce problème est résolu du fait que dans le transformateur réglable, comportant une carcasse magnétique composée de deux culasses et de colonnes, un enroulement primaire et un enroulement secondaire, l'ua desdits enroulements possédant une partie de spires réglables et un circuit de commande, selon l'invention au moins une des culasses du transformateur est constituée d'au moins deux circuits magnétiques réglables couplés en parallèle et formant une fenêtre supplémentaire du' transformateur, dans laquelle se trouve placée la partie réglable des spires de l'enroulement, alors que chacun des circuits magnétiques connectés en parallèle porte des enroulements d'aimantation reliés au circuit de commande et assurant la commutation magnétique de la partie réglable des spires de l'enroulement en faisant entrer et sortir ces spires réglables du flux magnétique de marche à vide du transformateur. Il est avantageux de réaliser lesdits circuits magnétiques, connectés en parallèle, sous la forme de circuits magnétiques fermés constituant des culasses commandées portant des enroulements d'aimantation alimentés, par exemple, en courant continu. Il est aussi avantageux de disposer sur lesdits circuits magnétiques des enroulements de réaction. Il est non moins avantageux de relier lesdits enroulements de réaction, par l'intermédiaire de redresseurs, à des enroulements additionnels enfilés sur les circuits magnétiques fermés montés en parallèle. Il est avantageux de relier l'enroulement additionnel, disposé sur l'une des culasses commandées à l'enroulement de réaction se trouvant sur l'autre culasse commandée. Il est avantageux de relier 1' enroulement d1 aimantation disposé sur la meme-culasse commandée que l'enroulement additionnel, à l'*nroulement primaire du transformateur. Il est encore avantageux d'équiper le circuit de commande d'un montage de commutation assurant, lors du réglage, la commutation des enroulements d'aimantation et de réaction se trouvant sur les culasses commandées, de sorte que lesdits enroulements soient connectés en opposition sur l'un des circuits magnétiques et en concordance sur l'autre circuit magnétique. Il est avantageux que les parties réglables des spires, disposées sur lesdits dircuits magnétiques montés en parallèle, soient connectées à des soupapes commandées dotées d'un circuit de commande automatique. Le transformateur réglable,objet de la présente invention, permet de réduire de plusieurs fois le cott des dépenses matérielles grtce a sa fiabilité et à son facteur moyen de puissance qui est élevé, par rapport à la commutation sans contact des bornes des enroulements à l'aide de soupapes commaiSEs et d'un montage de réglage en phase. Le transformateur, objet de la présente invention, permet un réglage en amplitude de qualité dans toute la plage de commande, la forme des courbes de courant et de tension étant pratiquement sinusoidale. Du point de vue de la qualité des caractéristiques exter nes et suivant les paramètres énergétique (t , cors 9), les transformateurs réglables conformes à l'invention sont pratiquement aussi bon que les transformateurs classiques réglés par commutation des prises de courant. Le transformateur réglable, objet de la présente invention, se distingue par une fiabilité nettementplu élevée que celle de tous les dispositifs examinés plus haut, possédant des éléments à semi-conducteurs dans le circuit du courant de travail. Dans l'exposé qui suit, l'invention est expliquée pat la description d'exemples de réalisation non limitatifs avec référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente une vue en coupe partielle d'un transformateur réglable conforme à l'invention ; - la figure 2 représente un schéma électrique du transformateur réglable de la figure 1 - la figure 3 représente une vue en coupe partielle d'une variante du transformateur réglable conforme à l'invention; - la figure 4 représente un élément du circuit magnétique des culasses du transformateur montré sur la figure 3; - la figure 5 représente un schéma électrique de connexion des sections des enroulements de l'élément du circuit magnétique, montré à la figure 4 ;; - la figure 6 représente un transformateur réglable équipé de circuits de commande automatique - la figure 7 représente un transformateur réglable avec un enroulement d'aimantation couplé à l'enroulement primaire; - la figure 8 représente un transformateur réglable avec deux enroulements séparés sur les culasses commandées. Le transformateur réglable conforme à la pré sente invention comporte une carcasse magnétique (figure 7) fait d'un empilement de tôles d'acier et comportant des colonnes 2, une culasse supérieure 3 et une culasse inférieure 4. La culasse supérieure 3 est réalisée sous la forme de circuits magnétiques fermés 5 et 6 constituant des culasses commandées. Les colonnes 2 portent un enroulement primaire 7 au-dessus de laquelle est disposée une partie non réglable 8 des spires de l'enroulement secondaire. L'enroulement secondaire comporte une partie réglable 9 de spires. Les circuits mainétiques parallèles 5 et 6 forment une entre supplémentaire 10 du transformateur, qui abrite la partie réglable 9 des spires de l'enroulement secondaire. Le circuit magnétique 5 porte un enroulement d'aimantation 11, et le circuit magnétique 6, un enroulement d'aimantation 12. Le schéma électrique du transformateur réglable représenté à la figure 1 est donné à la figure 2. Les enroulements d'aimantation il et 12 ont un point commun 13. Aux points "a" et "b" entre les bornes de ces enroulements est insérée une résistance réglable 14 dont le curseur 15 est branché sur le point commun 13 des enroulements 1I et 12 d'aimantation. La résistance réglable 14 fait partie d'un circuit de commande t6 du transformateur réglable. En principe, le circuit de commande 16 constitue une source de courant continu. Le transformateur réglable montré à la figure 3 comprend les mêmes éléments et a la même construction que le transformateur représenté à la figure 1. La seule différence est qu'il est triphasé et, par conséquent, possède plus d'éléments constituants. La figure 4 montre le circuit magnétique de I'élément commandé des circuits magnétiques fermés 5 et 6 du transformateur selon la figure 3, sur lesquels sont placés respectivement les enroulements d'aimantation 11 et 12. Les enroulements d'aimantation 11 et 12 sont des enroulements sectionnés, chaque section étant enroulée sur la précédente. Cette disposition des sections, en raison de la simplicité de fabrication et de montage des enroulements, est plus avantageuse sue la disposition des sections en ligne les unes contre les autres Un flux magnétique alternatif a, traverse les circuits magnétiques 5 et 6 et les enroulements d'aimantation 11 et 12. Le flux magnétique permanent 0 - se ferme dans les circuits magnétiques 5 et 6.Les flèches indiquent les directions des flux magnétiques 9(, et La figure 5 montre un schéma électrique de connexion de sections des enroulements d'aimantation il et 12. Les sections des enroulements fl et 12 de chaque circuit magnétique parallèle sont couplées en série. et en opposition et de ce fait la force électromotrice alternative résultante est nulle. La conception du transformateur réglable de la figure 6 est identique à celle du transformateur représenté sur la figure 1. Cependant, le circuit magnétique commandé 6 porte un enroulement de réaction 17 et un enroulement additionnel 19, et le circuit magnétique commandé 5 porte un enroulement de réaction 18et enroulement additionnel 20. L'enroulement de réaction 17, par l'intermédiaire d'un circuit de commande 21 comportant un redresseur 22 et une résistance réglable 23 est branché sur l'enroulement additionnel 20. Il en est de même pour lM3lxtifYrt de réaction 18 qui, par l'intermédiaire d'un circuit de commande 24 identique, comprenant un redresseur 25 et une résistance réglable 26, est relié à l'enroulement additionnel 19.Les dircuits de commande 21 et 24 constituent une source régulée de courant continu. Dans le transformateur est utilisée une contreréaction interne réalisée grace à l'alimentation des enroulements de réaction 17 et 18 à partir des enroulements additionnels 19 et 20. Les enroulements d'aimantation 11 et 12 sont commandés respectivement par des circuits de commande automatique 27 et 28 qui font appel à tout montage connu et comportent un dispositif (absent sur la figure) assurant la commutation des connexions des bornes des enroulements d'aimantation 11 et 12 au pssle positif et au pâle négatif. Le transformateur réglable représenté à la figure 7 comporte, lui aussi, une carcasse magnétique I avec des colonnes 2, une culasse supérieure 3 et une culasse inférieure 4. La culasse supérieure 3 est composée de circuits magnétiques fermés 5 et 6 commandées. S ur les colonnes 2 sont placées les parties non réglables 7 et 8 des spires des enroulements primaire et secondaire. L'enroulement secondaire possède une partie de tigres réglable 9 se trouvant dans la fenêtre supplémentaire 10 formée par les circuits magnétiques 5 et 6. Le circuit magnétique6pode un enroulement de réaction 29 et le circuit magnétique 5 porte un enroulement d'aimantation 30 et un enroulement additionnel 31. L'enroulement d'aimantation 30, par l'intermédiaire d'un circuit de commande 32 comportant un redresseur 33 et une résistance réglable 34, est relié à la partie non réglable 7 des spires. L'enroulement additionnel 31 alimente l'enroulement de réaction 29 à travers un redresseur 35, La constitution du transformateur réglable montré à la figure 8 est analogue à celle du transformateur de la figure7 La différence est que, dans ce cas, l'enroulement primaire possède lui aussi une partie réglable 36 de spires, placée sur le circuit magnétique 6. La partie réglable 9 des spires de l'enroulement secondaire se trouve sur le circuit magnétique 5. La partie réglable 36 des spires de l'enroulement primaire, par l'intermédiaire d'un redresseur 39, est reliée à un enroulement de réaction 37 placé sur le circuit magnétique 5. La partie réglable 9 des spires de l'enroulement secondaire, par l'intermédiaire d'un redresseur commandé 40, est reliée à un enroulement de réaction 38 placé sur le circuit magnétique 6. Dans ce transformateur la contreréaction interne se fait grtce à l'alimentation des enroulements 37 et 3 8 à partir des parties réglables 9 et 3 6 des spires des enroulements secondaire et primaire. Ce qui est commun à tous les transformateurs décrits dans ce qui précède, c'est que : 1. La contre-réaction peut être réalisée tant en courant qu'en tension. 2. Tous les transformateurs conformes à l'invention peuvent etre réalisés pour fonctionner en autotransformateur. 3 . Afin de pouvoir régler la tension de plusieurs récepteurs les transformateurs peuvent entre réalisés à plusieurs enroulements. La régulation ou la stabilisation de la tension du transformateur réglable consiste dans la redistribution du flux magnétique de marche à vide dans les deux circuits magnétiques 5 et 6 montés en parallèle (figure 1). En flux magnétique de valeur plus ou moins élevée traverse la partie réglable 9 (figures 1 et 2) des spires de l'enroulement secondaire. Comme dans un transformateur à bornes commutables7 dans le trsnsfnatr en question la partie réglable 9 sort ou entre dans le circuit du flux magnétique de marche à vide du transformateur, mais la régulation s'effectue de façon continue sans contact et sans effet direct sur les enroulements primaire et secondaire par redistribution du flux magnétique de marche à vide du transformateur. La régulation de la tension du transformateur se fait à l'aide des enroulements ilet 12 branchés sur le circuit de commande 76. Lorsque le curseur 15 de la résistance 14 se trouve au point "a", la tension continue s'applique à l'enroulement d'aimantation 12. Alors le courant maximal parcourant ltenroulement 12 sature le circuit magnétique 6. Le flux magnétique alternatif se forme donc à travers le circuit magnétique 5 et une force électromotrice maximale apparaît dans les spires réglables 9 de l'enroulement secondaire. A la sortie du transformateur la tension est maximale. Quand le curseur 15 de la résistance 14 se trouve au point "b", c'est ltenroulement 11 qui est sous tension. le circuit magnétique 5 devient saturé. Le flux magnétique alternatif se ferme à travers le circuit magnétique 6 presque aucune force électromotrice ne fait son apparition dans les spires réglables 9 de l'enroulement secondaire . Il en résulte qu la tension à la sortie du transformateur est minimale. On peut magnétiser à la fois les deux circuits magnétiques contrôlés 5 et 6 de sorte que la somme de leurs perméances soit approximativement égale à la perméance d'un seul circuit magnétique non magnétisé, et obtenir ainsi toute valeur intermédiaire de la tension de sortie du transformateur. La régulation dans le transformateur triphasé (figure 3) s'effectue d'une façon similaire. La régulation dans le tra sformateur représenté à la figure 6 se déroule comme suit. Quand la valeur de la résistance 23 baisse, le courant dans l'enroulement 17 croit en magnétisant le circuit magnétique 6 et en réduisant en même temps le flux magnétique alternatif traversant l'enroulement 19 et le courant dans l'enroulement de réaction 18. Le flux magnétique alternatif traversant la partie réglable 9 des spires de l'enroulement secondaire, placée dans la fenêtre 10 de la carcasse msEnétique, croît, et par conséquent, la tension à la sortie du transformateur augmente; Quand la valeur de la résistance 26 baisse (lorsque la valeur de la résistance 23 croit), le courant dans l'enroulement de réaction 18 augmente et le courant dans l'enroule;ent 17 diminue. Alors la tension sur l'enroulement secondaire bisse. En vue de réaliser la commande automatique du transformateur on peut faire appel, à la place desdites résistances 23 et 26, à d'autres éléments de commande tels que des transistors, des thyristors. la commande peut se faire aussi à l'aide d'enroulements il et 12 commutables. Afin d'augmenter la tension du transformateur, ltenroule- ment 12 est connecté en concordance avec l'enroulement 17, et l'enroulement li, en opposition à l'enroulement 18. Les courants parcourant les enroulements 17 et 18 sont déterminés par les valeurs des flux magnétiques alternatifs dans les circuits magnétiques 5 et 6. Lorsque le courant passe par les enroulements 12 et 17, la résistance magnétique du circuit magnétique 6 croit tandis qu'elle diminue dans le circuit magnétique 5. Le flux magnétique alternatif traversant la partie réglable 9 des spires augmente. il en est de meme pour la tension à la sortie du transformateur. tour baisser la tension secondaire du transformateur, le courant dans les enroulements 12 et il est réduit jusqu'à zéro, après quoi on branche ltenroulensent Il en concordance avec l'enroulement 18, et l'enroulement 12 enapposition à l'enroulement 17, ctest-à-dire qu'on effectue la permutation des enroulements 11 et 12. La magnétisation du circuit magnétique 5 estalors plus élevée, et le flux magnétique alternatif traversant la partie réglable 9 des spires devient plus faible. La tension à la sortie du transformateur baisse. Le principe de réglage du transformateur représenté à la figure 7 est analogue à celui des transformateurs examinés ci-dessus. Ce principe est facile à comprendre lorsque l'on examine le fonctionnement dudit transformateur en régime de stabilisation de la tension secondaire vis-à-vis des fluctuations de la tension appliquée à I'enrouleent primaire. Avec l'augmentation de la tension du secteur le courant de l'enroulement d'aimantation 3 0 croft et la résistance magnétique du circuit magnétique 5 devient plus grande. Alors la tension alternative appliquée à l'enroulement additionnel 31 et le courant dans l'enroulement de réaction 29 baissent. Le flux magnétique de marche à vide traversant le circuit magnétique 5 diminues tandis que le flux traversant le circuit maS Atique 6 croit. La force électromotrice induite dans les spires 9 et la tension à la sortie du transformateur deviennent plus faibles. Lorsque la tension du secteur (du côté de l'enroulement primaire 7) diminue, le courant, parcourant l'enroulement d1 aimantation 3 0 devient plus faible. La tension alternative appliquée à ltenroulement 31 croit et le courant passant par l'enroulement 29 devient plus fort. Le flux magnétique traversant les spires 9 croît. La tension à Sa sortie du transformateur croît. De cette façon est assuré un maintien paramétrique de la tension secondaire du transformateur lors des fluctuations de la tension amenée au transformateur. Moins la partie non réglable 8 des spires de l'enroulement secondaire est grand, plus élevé est l'effet de stabilisation paramétrique. la valeur requise de la tension secondaire est obtenue à l'aide de la résistance 54. La régulation dans le transformateur représenté à la figure 8 se déroule comme suit. Le flux magnétique principal traverse ou ne traverse pas les spires réglables 9 et 36 des deux enroulements. Zela est utilisé pour rendre plus large la plage de réglage de la tension du transformateur. Lorsque le redresseur 40 est débloqué, le flux magne en traversant la partie 9 des spires de l'enroulement secondaire est maximal. la tension à la sortie du transformateur atteint sa valeur maximale. Lorsque le redresseur 40 est bloqué, le flux magnétique ne traverse pas la partie 9 des spires de l'enroulement secondIke, Alors, la tension par spire diminue en raison de la connexion en série de la partie 36 des spires de l'enroulement primaire. Par conséquent, la tension à la sortie du transformateur est à son niveau minimal En faisant varier l'angle de conductibilité du redresseur 40 on peut obtenir toute valeur intermédiaire de la tension secondaire. Le circuit de commande 41 permet de réaliser la régulation programmée ou la stabilisation de la tension de sortie du transformateur. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1 .Transformateur réglable comportant une carcasse magnétique composée de deux culasses et de colonnes, un enroulement primaire et un enroulement secondaire, une partie des spires de l'un de ces enroulements étant réglable, ainsi qu'un circuit de commande, caractérisé en ce que au moins l'unehes culasses du transformateur est constituée d'au moins deux circuits magnétiques réglables couplas en parallèle et formant une fenêtre supplémentaire du transformateur, dans laquelle est placée la partie réglable des spires de l'enroulement, alors que chacun des circuits magnétiques couplés en parallèle porte des enroulements d'aimantation reliés au circuit de commande et assurant la commutation magnétique de la partie réglable des spires réglables de l'enroulement, ladite commutation magnétique consistant à introduire ou à exclure du flux magnétique de marche à vide du transformateur ladite partie réglable des spires de l'enroulement. 2. Transformateur suivant la revendication 1, caractéé en ce que lesdits circuits magnétiques connectés en parallèle sont réalisés sous la forme de circuits magnétiques fermés portant des enroulements d'aimantation alimentés, par exemple, en courant continue. 3. Transformateur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits circuits magnétiques fermés portent des enroulements de réaction. 4. Transformateur suivant la revendication 3, caractmtM en ce que les enroulements de réaction sont raccordés par l'intermédiaire de redresseurs à des enroulements additionnels enroulés sur les circuits magnétiques fermés montés en parallèle. 5. Transformateur suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'enroulement additionnel disposé sur l'un des circuits magnétiques est relié à l'enroulement de réaction se trouvant sur l'autre circuit magnétique. 6. Transformateur suivant l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'enroulement d'aimantation disposé sur le mEme circuit magnétique que l'enroulement additionnel est relié à l'enroulement primaire du transformateur. 7. Transformateur suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérise en ee que le circuit de commande est équipé d'un montage de commutation assurant, lors du réglage, la commutation des enroulements d'aimantation se trouvant sur les circuits magnétiques, de sorte que sur l'un des circuits magnétiques lesdits enroulements soient branchés en opposition, et sur l'autre, en concordance. 8. Transformateur suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les parties réglables des spires des enroulements sont disposées sur lesdits circuits magnétiques montés en parallèle, et en ce que au moins l'une desdites parties est connectée à un redresseur commandé comportant un circuit de commande automatique.