Brevet FR2345798A1 — publié le 19771021

La présente invention concerne un transformateur qui permet d'alimenter des installations et des appareils divers en un courant électrique bien défini quelle que soit la fréquence du réseau auquel il est accordé. Dans certains cas des installations ou des appareils alimentés par l'intermédiaire d'un transformateur doivent fonctionner sous la même tension même lorsque les tensions et les fréquences du courant d'entrée du transformateur changent. le cas le plus fréquent est celui dtune natrlce de train franchissant la frontière entre deux pays dont les réseaux de chemin de fer fonctionnent avec de- courants de traction ayant des tensions et des fréquences différentes.Il est alors nécessaire de pouvoir assurer dans ces trains l'alimentation électrique correcte de toutes les installations et de tous les appareile annexec malgré la différence de courants de traction. Ces consommateurs d'énergie électrique sont, par exemple, Irinstallation de cli matrsation, les chargeurs d'accumlateurs et les consommateurs de courant secondaires sont par exemple les W.C., le chauffage, l'eau chaude, la lumière et analogues.En fonction de la tension d courant de traction, il est possible de trouver a niveau de la barre omnibus ou collectrice de la matrice des tensions de courant continu de 3 kV ou de 1,5 kV ou des tensions de courant alternatif de 1,5 kV 50HZ ou de 1 kV 15 2/3 HZ ce aui présente un rapport de tension de 6 : 3 : 2. Entre la barre collectrice et les appareils consommateurs de courant on branche généralement un transformateur qui peut être alimenté par une combinaison constante de tension et de fréquence, soit directement lorsqu'il s'agit d'un corrant alternatif, soit lorsqu'il s'agit de courant continu par l'intermédiaire de convertisseur.La combinaison tension/fréquence peut être adaptée à partir de l'un ou l'autre des courants alternatifs des deux réseaux sus-indiqués de sorte que l'on ne traite dans ce qui suit que le fonctionnement en courant alternatif. Dans ce cas le transformateur peut être alimenté sous 50 HZ ou sous 16 2/3HZ. Jusqu'à ce jour il était nécessaire de prévoir pour la faible fréquence de 4 @/3 Hz un transformateur tel qu'il est repré- senté à la fig. 1, c'est-à-dire qu'il fallat prévoir un noyau en fer important afin de ne pas dépasser la valeur limite de l'induction. A puissance égale ce transformateur était environ trois fois plus grand que celui prévu uniquement pour une fréquence de 50 Hz La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient et de trouver une solution plus économique au pro blème posé. Conformément à l'invention ce problème est résolu pour un transformateur du type décrit du fait que le c8té primaire du transformateur, réalisé pour une fréquence nominale déterminée, peut être branché en série avec une tartie de l'enrou- lement secondaire lorsque le transformateur est raccordé à des réseaux dont le courant présente une fréquence qui est inférieure à la fréquence nominale. L'invention est basée sur le fait que l'on peut réduire l'induction se produisant sous une tension constante. (primaire) et qui est proportionnelle à la tension mesurée dans une seule spire de l'enroulement en augmentant le nombre de spires. Il est alors avantageux qu'au moins un des enroulements secondaires puisse être branché en surie avec l'enroulement primaire lorsqu'on se trouve en présence de deux enroulements secondaires galvaniquement séparés. Selon une autre caractéristique de l'invention l'enroulement secondaire alimentant une installation ou des appareils consommateurs et pouvant être branché en série avec l'enroulement primaire n'est pas obligatoirement équipé d'un dispositif de séparation de potentiei. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, au dessin annexé. La fig. 1 est une représentation schématique d'un transfor mateur de réalisation connue et qui peut être commuté pour des courants de 1,5 kV 50HZ et de 1 kV 16 2/3 Hz. La fig. 2 représente le schéma du transformateur suivant l'invention également commutable sur 1,5 kV 50Hz et sur 1kV 16 2/3HZ. La fig. 3 est un tableau indiquant les commutations à effectuer å la fig. 2. Le transformateur connu et représenté 1 la fig. 1 se compose dtun enroulement frimaire 1 pouvant être raccordé à un réseau de 1,5 kV 50HZ ou de 1 kV 16 2/3HZ et de deux enrouRe- ments secondaires 2, 3 destinés à alimenter en tensions differventes divers appareils consommateurs 4 et 5. L'appareil 4 peut, par exemple, être un chargeur d'accumulateurs (48V ou 110V) et l'appareil 5 peut être un groupe frigorifique d'une installation de cl@matication (SOOV). Les réferences 6 et 7 sont des prises médianes auxquelles les appareils 4 et 5 sont raccordés par l'intermédiaire des commutateurs 8 et 9 lorsque le transformateur fonctionne sous la tension la plus élevée (1,5 kV).Pour une tension d'alimentation de 1 kV 16 2/3HZ les contacts 10, Il sont fermés. Le transformateur doit être réalisé de façon a' pouvoir fonctionner sous cette tension et à cette fréquence. La quantité de tôle pour transformateurs employée est à peu près proportionnelle à l'induction, c'est-à-dire que la quantité de tôle pour un transformateur fonctionnant sous i kV 16 2/3HZ est a' peu près le double de celle nécessaire à un transformateur alimenté en 1,5 kV 50HZ. be plus il faut ajouter une dépense supplémentaire en cuivre par suite des courants primaires plus élevés lors du fonctionnement sous 5 kV. Â la fig. 2 les mêmes appareils consommateurs 4 et 5 sont raccordés à un transformateur suivant l'invention. L'enroulement primaire porte la référence 21 et les enroulements secondaires les références 22 et 23. Le branchement en série de l'enroule- ment secondaire 23 avec l'enroulement primaire 21 est obtenu au moyen des contacts 24, 25, 26, 27. Des prises médianes 28, 29 des enroulements secondaires 22, 23 peuvent être raccordées aux annarells consommateurs 4,5 par l'intermédiaire de contacts 30, 31. Les références 32 et 33 désignent d'autres contacts. Le tableau de la fig. 3 explique le fonctionnement du transformateur. En point indique le contact qui doit être ferme. En conséquence lorsque le transformateur doit fonctionner sous une tension de 1,5 kV v0 E les contacts 25 et 27 sont fermés. Le transformateur travaille normalement, les deux appareils consommateurs 4 et 5 sont alimentés en courant par l'intermédiapre des contacts 30 at 32 tout en étant isoles galvaniquement de la tension ta réseau. Dans le cas d'une tension d'alimenta- tion de 1 kV 16 2/3HZ les contacts 24 et 25 sont fermés et les contacts 25 et 27 ouverts de sorte que l'enroulement secondaire 27 est raccordé au circuit primaire. Par suite de ce montage économisant, l'isolement galvanique de l'appareil consommateur 5 est supprimé et cet appareil est raccordé à la tension cor respondante par l'intermédiaire du contact 31 et de la prise médiane 29.Un tel montage est très approprié pour un appareil consommateur ne nécessitant pas une séparation de potentiel, comme par exemple, dans le cas présent le groupe frigorifique a'une installation de climatisation qui est placé sous la caisse du wagon c'est-à-dire à un endroit inaccessible- aux voyageurs. Le nombre de spires du circuit primaire est augmenté par suite du branchement en série.de l'enroulement secondaire 23, ce qui a pour effet de réduire l'induction permettant une diminution du poids du fer qui peut atteindre 30 h. On peut également réaliser une certaine économie de cuivre en utilisant du fil d'une plus faible section pour l'enroulement en parallèle dans le transformateur économique dans lequel les courants s'annulent partiellement (dans le présent exemple la partie inférieure de l'enroulement 23 et l'enroulement . Cependant l'économie de cuivre réalisée est limitée par le nombre de spires plus important de l'enroulement secondaire 22 alimentant l'appareil 4. Etant donné que la résistance interne du circuit primaire s'accroît proportionnellement avec ltaugmentation du nombre des spires on doit en tenir compte dans le circuit secondaire afin que l'appareil 4 reçoive toujours la même tension. Pour cette raison on augmente le nombre de spires de l'enroulement 22 et on branche l'appareil consommateur 4 par l'intermédiaire du contact 33. L'invention permet en conséquence de réaliser un transformateur, qui malgré une certaine dépense supplémentaire en éléments de commutation, présente des avantages importants. Par suite des économies non négligeables en fer et en cuivre, le volume du transformateur peut entre réduit ce qui diminue également son prix de revient. L'imortance de l'économie réalisée dépend alors essentiellement des tensions et de la puissance absorbée par les installations ou appareils consommateurs. REVENDICATIONS 1 - Transformateur qui permet d'alimenter des installations et des appareils divers en un courant électrique bien défini quel le que soit > la fréquence du réseau auquel il est raccorde carac- térisé en ce que le côté primaire 21 du transformateur, réalisé pour une fréquence nominale déterminée, peut être branché en série avec une partie de l'enroulement secondaire 23 lorsque le transformateur est raccorné r des réseaux dont le courant présente une fréquence qui est inférieure à la fréquence nomi naler 2 - Transformateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un des enroulements secondaires 23 puisse être branché en série avec l'enroulement primaire 21 lorsqu'on se trouve en présence de deux enroulements secondaires galvaniquement séparés 22, 23. 3 - Transformateur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'enroulement secondaire 23 alimentant une installation ou des appareils consommateurs et pouvant être branché en série avec l'enroulement primaire n'est pas obligatoirement équipé d'un dispositif de séparation de potentiel 5. 4 - Transformateur suivant l'une des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que l'enroulement secondaire 23 branché en série avec l'enroulement primaire 21 comporte une prise médiane 29 réduisant la tension et ( laquelle l'appareil consommateur 5 peut être raccordé au moyen du contact 31. 5 - Transformateur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'enroulement primaire 21 branché en série avec l'enroulenent secondaire 23 prsete une borne délivrant une tension réduite et sur laquelle l'appareil 5 peut être commuté. 6 - Transformateur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérise en ce que les enroulements secondaires, séparés galvaniquement l'un de l'autre, par exemple l'enroulement 22, comportent des bornes supplémentaires 2C- afin de pouvoir augmenter le nombre des spires, sur ces bornes les appareils consommateurs, par exemple, l'appareil 4, peuvent être commutés lors du branchement en série de l'un des enroulements secondaires 23 et de l'enroulement primaire 21.