Brevet FR2395581A1 — publié le 19790119

La présente invention concerne des transformateurs électriques à rapport de transformation variable discontinument pas-à-pas. Les transformateurs à rapport variable présentent notamment de l'intérêt dans les laboratoires où il est toujours commode de pouvoir disposer facilement de tensions variables de valeur prédéterminée et en exploitation quand on désire ajuster avec précision une certaine tension. Pour résoudre ces problèmes d'utilisation, on trouve actuellement sur le marché des transformateurs à rapport continûment variable ou des transformateurs à prises sur les enroulements. Les transformateurs à rapport continûment variable à curseur ne conviennent pas à ce genre d'utilisation car, si le curseur reste longtemps à la même place, son contact se dégrade et il en résulte la création de parasites.Les transformateurs à déplacement relatif de spires ou de parties d'enroulement, ou à déplacement de noyau, ou à variation de perméabilité ne sont pas précis et n'engendrent pas toujours des tensions reproductibles. De plus, tous les transformateurs à rapport continûment variable sont chers et les utiliser pratiquement pendant de longues périodes de temps avec un rapport fixe ne constitue pas une solution économique. Les transformateurs à prises nécessitent un très grand nombre de prises quand on désire que le transformateur puisse délivrer une tension discontinûment variable dans une large plage de tension avec un pas de variation petit. Le coût d'un tel transformateur à prises augmente alors beaucoup plus vite que le nombre de prises. Un objet de la présente invention consiste à prévoir un transformateur à rapport variable ne présentant pas les inconvénients des transformateurs connus mentionnés ci-dessus. Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un transformateur à rapport discontinQment variable pas-à-pas comprenant plusieurs enroulements. Suivant une caractéristique de l'invention, les deux bornes respectives de chaque enroulement secondaire sont accessibles sur une plaque à bornes, n-i le nombre des spires des enroulements secondaires varie comme 3 , ou n est un nombre entier indiquant le rang n de l'enroulement dans l'ensemble des enroulements secondaires 1 à N, des cavaliers permettant d'interconnecter les enroulements secondaires. La caractéristique de l'invention mentionnée ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaStront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est un diagramme schématique permettant d'illustrer le fonctionnement du transformateur de l'invention, la Fig. 2 est une vue en coupe schématisée des enroulements primaire et secondaires disposés autour du noyau du transformateur de la Fig. 1, la Fig. 3 est une vue de dessus d'une plaque de bornes utilisable avec le transformateur de la Fig. 1, et les Figs. 4a à 4 montrent des exemples de branchements de cavaliers permettant d'obtenir des valeurs de rapports ou de tensions considérées à titre d'exemples. A la Fig. 1, on a représenté schématiquement un primaire 1, un noyau 2 et des enroulements secondaires 3 à 7. Dans un exemple pratique, on suppose que le primaire 1 est alimenté sous 220 V alternatif et que l'enroulement secondaire 3 délivre alors une tension de 1 V alternatif. L'enroulement secondaire 4 comporte 3 fois plus de spires que l'enroulement 3, l'enroulement secondaire 5 comporte 9 fois plus de spires que 3, l'enroulement secondaire 6 en comporte 27 fois plus et l'enroulement secondaire 7 en comporte 81 fois plus. Autrement dit, les nombres de spires des secondaires 3 à 7 croissent n comme 3 . Il en résulte évidemment que les tensions délivrées par les secon n daires 3 à 7 varient également comme 3n.On dispose donc aux bornes a3, b3 de 3 d'une tension de 1 V, aux bornes a4,b4 de 4 d'une tension de 3 V, aux bornes a5, b5 de 5 d'une tension de 9 V, aux bornes a6, b6 de 6 d'une tension de 27 V et aux bornes a7, b7 d'une tension de 81 V. On admettra que lorsque les bornes b3 et a4, b4 et a5, b5 et a6, et b6 et a7 sont respectivement reliées, la tension recueillie entre les bornes a3 et b7 est égale à la somme des tensions qui seraient recueillies aux bornes des secondaires individuels 3 à 7, ce qui définit le sens des enroulements secondaires par rapport à leurs bornes. Cette tension maximale est égale à 1 + 3 + 9 + 27 + 81 = 121 V. Si on relie la borne b3 à la borne b5, la tension recueillie entre les bornes a3 et a5 est de 9 - 1 = 8 V, car alors les enroulements 5 et 3 sont parcourus en sens inverse par le courant de sortie. Il est bien entendu que l'on peut étendre les combinaisons d'enroulements secondaires citées ci-dessus à titre d'exemples à d'autres combinaisons. n L'intéret de prévoir des nombres de spires variant comme 3 est de permettre avec un nombre restreint d'enroulements secondaires de pouvoir choisir une tension de sortie quelconque qui varie, dans l'exemple de la Fig. 1, de 1 V à 121 V par bond de 1 V, comme l'indique le tableau I ci-dessous. Il doit oestre bien entendu que si le premier enroulement secondaire 3 délivrait une tension de a V, il serait possible de choisir une valeur de tension de sortie entre a V et 121.a V variant par bond de a V. Le transformateur permet bien donc une variation pas-à-pas de la tension de sortie. TABLEAU I Tension désirée Compositions des Suite des enroulements en volts tensions individuelles 1 1 a3-b3 2 3 - 1 a4-b4 - b3-a3 3 3 a4-b4 4 3 + 1 a3-b3 - a4-b4 5 9 - 3 - 1 a5-b5 - b4-a4 - b3-a3 6 9 - 3 a5-b5 - b4-a4 7 9 - 3 + 1 a5-b5 - b4-a4 - a3-b3 8 9 - 1 a5-b5 - b3-a3 9 9 a5-b5 10 9 + t a5-b5 - a3-b3 il 9 + 3 - 1 a5-b5 - a4-b4 - b3-a3 12 9 + 3 a5-b5 - a4-b4 13 9 + 3 + 1 a5-b5 - a4-b4 - a3-b3 14 27 - 9 - 3 - 7 a6-b6 - b5-a5 - b4-a4 - b3-a3 26 27 - 1 a6-b6 - b3-a3 27 27 a6-b6 28 27 + 1 a6-b6 - a3-b3 40 27 + 9 + 3 + 1 a6b6 - a5-b5 - a4-b4 - a3-b3 41 81 - 27 - 9 - 3 - i a7-b7 - b6-a6 - b5-a5 - b4-a4 - b3-a3 80 81 - 1 a7-b7 - b3-a3 81 81 a7-b7 82 81 + 1 a7-b7 - a3-b3 120 81 + 27 + 9 + 3 a7-b7 - a6-b6 - a5-b5 - a4-b4 121 81 + 27 + 9 + 3 + 1 a7-b7 - a6-b6 - a5-b5 - a4-b4 - a3-b3 Le tabeau I montre comment il faut combiner les enroulements 3 à 7 pour obtenir toutes les valeurs de tensions désirées, volt par volt, entre 1 et 121 V. On comprend que toutes ces valeurs entre 13 et 27 peuvent être obtenues en ôtant de 27 une valeur déjà obtenue précédemment en n'utilisant que les trois enroulements 3 à 5 et que toutes ces valeurs entre 27 et 40 peuvent etre obtenues en ajoutant à 27 une valeur déjà obtenue en utilisant les mêmes enroulements. D'une manière semblable, on obtient les valeurs entre 40 et 81, puis entre 81 et 121. Il faut noter qu'à chaque valeur ne correspond qu'une seule combinaison des enroulements secondaires. La Fig. 3 montre schématiquement une plaque de bornes qui permet de réaliser d'une manière commode les différentes liaisons entre les enroulements. Sur la plaque 8, les bornes portent les mimes références numériques qu'à la Fig. 1. Les bornes a3, a4, aS, a6 et a7 sont disposées sur une mgme ligne à égale distance les unes des autres. De même les bornes b3, b4, b5, b6 et b7 sont disposées sur une même ligne à distance égale les unes des autres, cette distance étant la meme que celle qui sépare les bornes a3, aS, etc. Les deux lignes sont séparées de la même distance. La borne b3 est en face de la borne a4, la borne b4 en face de la borne a5, etc., les bornes a3 et b7 n'ayant pas de vis-à-vis. Pour mettre deux enroulements en série, il suffit de disposer verticalement un cavalier, tel que le cavalier 9 qui met en série les enroulements 3 et 4. Pour mettre deux enroulements en opposition, il suffit de disposer horizontalement un cavalier, tel que 10 qui met en opposition les enroulements 5 et 6.Il est bien entendu que cela n'est valable que pour des enroulements adjacents. Toutefois, il faut noter que la présence d'un cavalier supplémentaire entre b4 et b5 permet de mettre en opposition les enroulements 4 et 6, l'enroulement 5 étant isolé. Par ailleurs, la disposition de la plaque 8 permet d'utiliser en majorité des cavaliers dont la longueur géométrique effective est égale à la distance entre les deux lignes de bornes. En pratique, on peut vérifier qu'un jeu de 6 cavaliers, dont deux seulement ont des longueurs plus importantes, suffit pour réaliser toutes les valeurs de 1 à 121. Par ailleurs, le fait que les cavaliers courts ne peuvent mettre un enroulement en.court-circuit, car la distance des bornes d'un enroulement est celle de la diagonale a3-b3, permet d'éviter des fausses manoeuvres, les cas où l'on doit utiliser les cavaliers souples plus longs étant relativement rares. Les Figs. 4a à 4d montrent des exemples d'utilisation de la plaque 8 et des cavaliers pour obtenir les valeurs 7, 38, -44, 95, ces valeurs étant indiquées dans des cercles au-dessus de chaque exemple correspondant. On notera que pour réaliser les valeurs 7, 38, il suffit d'utiliser des cavaliers courts. Comme dans tout transformateur, on peut évidemment inverser primaire et secondaires. La Fig. 2 montre une coupe schématique d'un ensemble d'enroulements bobinés pour réaliser un transformateur suivant l'invention. Autour du noyau 2, sont bobinés successivement le primaire 1, les secondaires 7, 6, sur toute la hauteur du noyau 2, puis les uns au-dessus des autres les secondaires 5, 4 et 3. La section des fils des enroulements à faibles nombres de spires est plus importantes que celle des fils des autres enroulements. Il faut noter que le transformateur de l'invention peut être mis en série avec un autre transformateur, les deux primaires de ces transformateurs étant alimentés en parallèle. Quand le second transformateur délivre au secondaire une tension de X volts, la tension délivrée aux bornes du montage série est alors de X + x volts. Si X est beaucoup plus grand que la valeur maximale de x, cette valeur x peut alors apparaître comme une valeur de correction ou d'ajustement de la valeur de X. A ce titre le transformateur à rapport variable pas-à-pas de l'invention peut être utilisé comme transformateur de réglage d'une tension d'utilisation. Dans l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, on a considéré que le pas élémentaire en tension était de 1 volt, mais il est bien évident qu'en choisissant un autre nombre de spire pour le premier secondaire 3, par exemple un nombre de spires divisés par 10, on peut obtenir un pas élémentaire plus faible, par exemple de 0,1 volt. L'application en transformateur de réglage que l'on a indiquée plus haut prend alors toute sa valeur. Il est également bien évident que l'on peut prévoir plus de cinq secondaires ce qui conduit, par exemple avec six secondaires à 365 pas élémentaires possibles. A noter encore que dans l'exemple décrit, on n'a envisagé que l'application à un transformateur de courant monophasé, bien que l'invention s'applique également directement à des transformateurs de courant triphasé ou autres. Il doit également être bien entendu que la tension appliquée au primaire doit être bien stabilisée pour que les valeurs de tension prévues aux bornes de sortie du transformateur correspondent aux valeurs désirées. REVENDICATIONS 1) Transformateur à rapport discontinflment variable comprenant un enroulement primaire et des enroulements secondaires isolés les uns des autres, caractérisé en ce que le nombre des spires des enroulements secondaires varie comme 3n-i, où n est un nombre entier indiquant le rang n de l'enroulement secondaire concerné dans l'ensemble des enroulements secondaires 1 à , chaque rapport étant obtenu en interconnectant les enroulements secondaires en série ou en opposition suivant une combinaison parmi les tu+1~ 1)/2 combinaisons possibles. 2) Transformateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les bornes des enroulements secondaires sont accessibles sur une plaque à bornes, où les bornes sont arrangées sur deux files, les bornes de chaque file correspondant à l'entrée ou la sortie suivant le sens d'enroulement, la distance entre les files étant égale à la distance mutuelle entre les bornes dans chaque file, de manière à former des carrés, les bornes d'un enroulement étant diagonalement opposées dans chaque carré. 3) Transformateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que certains des dispositifs d'interconnexion entre les enroulements secondaires sont des cavaliers rigides dont la longueur est égale au côté des carrés. 4) Transformateur suivant l'une des revendications 7 à 3, caractérisé en ce que primaire et secondaires sont inversés.