Brevet FR2468983A1 — publié le 19810508

L'invention concerne un transformateur réglable et plus particulièrement un transformateur réglable à variation du flux magnétique. On a déjà proposé des transformateurs dans lesquels on modifie le flux en établissant une dérivation grâce à un circuit magnétique à entrefer. On obtient bien ainsi une tension variable pouvant être réglée progres-sivement, mais la tension obtenue nwest pas indépendante de la charge et il faut développer des forces mécaniques importantes incompatibles avec un systeme de commande à courants faibles e On a trouvé, au contraire, selon la présente invention, qu'il était possible d'obtenir, par variation de flux, une tension variable qui est peu influencée par la charge, sans avoir à développer de forces importantes. Selon le mode de fonctionnement de la commande, la tension réglée peut être sinusoidale ou, en cas de commande électronique, peut avoir un caractère discontinu. Ce résultat est atteint selon ltinvention en prévoyant au moins deux circuits magnétiques et trois bobinages dont le premier est associé à un premier de ces circuits magnétiques, le deuxième est associé à un deuxième de ces circuits magnétiques et le troisième est magnétiquement couplé à la fois avee 'les premier et deuxième bobinage, tandis que l'un des bobinages, bobinage d'entrée, reçoit une tension d'entré un autre des bobinages bobinage de sortie, fournit une tension de sortie et le dernier de ces bobinages, bobinage de réglage, forme un circuit à impédance réglable servant à régler la tension du bobinage de sortie. Le rôle de bobinage d'entrée, de sortie ou de réglage est interchangeable, c'est-à-dire qu'il peut aussi bien être attribué à l'un quelconque des trois bobinages. Le réglage de l'impédance du circuit du bobinage de réglage peut se faire de manière discontinue par ouverture ou fermeture du circuit. Il peut aussi se faire de manière continue par introduction d'une impédance variable, impédance qui peut, dans un autre développement de l'invention, être constituée par le bobinage de réglage lui-même que l'on déplace par rapport à l'un des circuits magnétiques. Dans le réglage discontinu, on peut utiliser le transformateur réglable selon l'invention comme interrupteur, l'avantage étant dreffectuer les commutations sur un bobinage de réglage dont on choisit les caractéristi- ques de tension-et de-courant de manière à faciliter la commande, 'tandis que l'action, peut s'exercer sur des circuits d'entrée et de sortie à tensions et/ou courants très élevés. De plus, la puissance de commande est très inférieure à la puissance de coupure de la charge. En effet, en principe ce n'est que la puissance de courtcircuit de la bobine de réglage qui est commandée. Ces avantages de l'invention existent aussi, bien entendu, dans un transformateur réglable selon l'invention qui est utilisé pour le réglage, une commande électronique de l'ouverture et de la fermeture du circuit du bobinage de réglage pouvant notamment être mise en oeuvre de manière à régler le temps de mise en court-circuit du bobinage de réglage et à régler ainsi la tension du bobinage de sortie, qui peut être très élevée. De très nombreuses variantes peuvent être réalisées en disposant plusieurs bobinages de sortie et/ou plusieurs bobinages de réglage éventuellement commandés de manière différente, par exemple certains par thyristors, d'autres par transistors. D'autres particularités ainsi que d'autres avantages de l'invention ressortiront d'exemples de réalisation qui vont être décrits en se référant aux dessins joints dans lesquels : la Fig,l représente le schéma de principe d'un transformateur réglable selon l'invention; la Fig.2 est une vue schématique en élévation et coupe partielle d'une première réalisation de ce transformateur; la Fig.3 est une vue de dessus en coupe partielle de cette première réalisation; la Fig.4 représente des sinusoldes montrant l'action que peut avoir le transformateur selon l'invention sur une onde de tension, dans une commande discontinue; la Fig.5 est un schéma de principe d'une variante de mise en oeuvre de l'invention; la Fig.6 est un schéma de principe d'un transformateur selon l'invention à deux circuits de sortie; les Fig.7 et 8 sont des schémas de principe de la partie de réglage d'un transformateur selon l'invention à plusieurs bobinages de réglage; la Fig.9 représente en perspective un transformateur selon l'invention à réglage par variation d'impédance interne du bobinage de réglage, réalisée selon une autre particularité de l'invention; la Fiv.10 est une vue en perspective du bobinage de réglage,installé sur un noyau magnétique , du transformateur selon la Fig.9 la Fig,ll est une vue en perspective du bobinage de réglage seul de la Fig.10; la Fig.12 représente en perspective un transformateur de réglage du même type que celui de la Fig.9 mais triphasé. Sur la Fig.1, on voit un transformateur de réglage selon l'invention comportant un premier bobinage 1 associé à un premier circuit magnétique 2, un deuxième bobinage 3 associé à un deuxième circuit magnétique 4 et un trois ième bobinage 5 magnétiquement couplé à la fois avec les premier et deuxième bobinages 1 et 3. Dans la réalisation pratique des Fige2 et 3, les circuits magnétiques 2 et 4 peuvent par exemple être identiques et avoir la forme d'un rectangle; un noyau 6 et 7 de chacun de ces circuits magnétiques 2,4 est entouré respectivement par un bobinage 1,3, le bobinage 5 entourant à la fois les bobinages 1 et 3 placés de manière adjacente l'un à l'autre. On se rend bien compte du fonctionnement du transfo rmateur en prenant deux cas extrêmes d'état du circuit du bobinage de réglage. Celui-ci peut être leun quel conque des bobinages 1,3 et 5, ainsi qu'on l'a déjà dit, et on suppose ici que c'est le bobinage 3, le bobinage 1 étant le bobinage d'entrée et le bobinage 5 le bobinage de sortie. Si le circuit du bobinage de réglage 3 est ouvert, aucun courant n'y circule. Le flux magnétique en 7 est généré par le bobinage 5 et il induit dans le bobinage 5 une force électromotrice opposée à celle induite par le flux magnétique en 6.Si le circuit magnétique 4 est dimensionné de manière qu'il n'y ait pas de saturation, les forces électromotrices provenant des noyaux 6 et 7 s'annulent et il n'y a aucune tension appliquée à la charge 8 branchée aux bornes du bobinage 5. Si, au contrairé, le bobinage 3 est court circuité, il ne circule pas de flux magnétique dans le circuit magnétique 4. La totalité de la force électromotrice provenent du noyau 6 et induite dans le bobinage 5 est appliquée à la charge 8. Ces deux fonctionnement extrêmes permettent de mettre sans ou sous tension la charge 8, le transformateur pouvant ainsi jouer le rôle d'interrupteur. La partie supérieure de la Fig.4 montre ce fonctionnement, la tension sur la charge étant portée en ordonnée et le -temps en abs- ciste Entre les instants t1 et t2, il n'y a aucune tension sur la charge . Mais on peut aussi commander la fermeture et l'ouverture d'un organe de commutation placé en 9 aux bornes de la bobine de réglage 3, dans la période du courant alternatif d'alimentation du transformateur, pour obtenir des durées réglables d'utilisation de la sinusoïde de tension aux bornes du bobinage de sortie 5.Ces durées ont été hachurées sur la partie inférieure de la Fig.4 pour montrer divers exemples d'obtention d'un découpage de la sinusoïde. La tension sur la charge 8 peut ainsi etre réglée dans une plage très étendue. On peut aussi placer en 9 une impédance réglable pour obtenir une tension variable sur la charge 8, dans un régime qui est alors continu. Dans le cas de la Figes où l'on a en plus préwm de doubler les dispositifs: 1 " ; 3'-3"; 5'-5" > afin de permettre ltiélimination de la composante alternative des forces électromotrices, une source de courant continu 10 associée à une résistance réglable il pour-former une source réglable permet de modifier un courant de commande dans les bobinages 3' et -3" et de faire ainsi varier la perméabilité des circuits magnétiques 4'et 4". On peut de cette manière régler le flux magnétique alternatif généré dans ces circuits magnétiques et, par suite, régler la tension et la puissance sur la charge 8. Sur la Fig.6, on a prévu un deuxième circuit de sortie qui comprend un bobinage 15 monté de la même manière que le bobinage 5, et une charge 18 branchée aux bornes de ce bobinage 15. Le nombre de circuits n'est pas limité. On peut également prévoir différents bobinages de réglage tels que les bobinages 3,13,23 de la Fig.7 que l'on peut mettre en court-circuit par des contacteurs, thyristors, transistors etc. placés respectivement, en 9,19,29, aux bornes de ces bobinages, et travaillant en parallèle. On peut avoir des circuits de commande à des niveaux différents tels que ceux constitués sur la Fig.8 par un bobinage de réglage 33 et un commutateur 39 qui est par exemple un thyristor et par un bobinage de réglage 43 et un commutateur 49 qui est par exemple un transistor de puissance. On n'a pas représenté dans les figures précédentes les détails de réalisation du transformateur réglable selon l'invention car ils ressortissent à la technique bien connue de construction des transformateurs monophasés ou polyphasés classiques. Les exemple de réalisation représentés sur les Fig.9 à 12 sont relatifs à un développement encore plus particulier de l'idée inventive-, dans lequel on met en court-circuit permanent le bobinage de réglage 3 et on modifie sa position par rapport au circuit magnétique 2 et aux bobines 1 et 5 pour obtenir le réglage voulu. Sur la Fig.9 on a représenté deux transformateurs monophasés jumelés pour mieux utiliser le circuit magnétique. En gardant les notations des Fig. 1,2 et 3 et en les faisant suivre de la lettre A ou B selon qu'il s'agit de l'un ou l'autre de ces transformateurs, on retrouve un bobinage 1 ou 1B enroulé sur un circuit magnétique 2A ou 2B etun bobinage 5A ou 5B enroulé à la fois sur le bobinage lA ou 1B et sur un noyau 7A ou 7B réalisé en tôle feuilletée et muni d'un bobinage de réglage que l'on ne voit pas sur cette figure car il se trouve à l'intérieur de la bobine 5A ou 5B. Ce bobinage de réglage est visible sur la Fig,lO où il porte la référence 3. Il est enroulé autour du noyau 7A ou 7B, et la Fiv.11 permet de mieux voir sa réalisation: dans deux rangées parallèles des plaquettes séparées 50-et 5tparallèles entre elles dans une rangée sont reliées alternativement entre elles d'une rangée à l'autre aux extrémités des plaquettes par des goujons 52 les plaquettes d'extrémité du bobinage étant réunies l'une à l'autre par une plaque longitudinale de liaison de court-circuit 53. Cette construction est facile et robuste. Ce bobinage se compose de peu de spires de grande section choisie en fonction des paramètres du transformateur. Le mode de réalisation du bobinage 3 est donné naturellement à titre d'exemple car l'essentiel est de loger une bobine 3 (court-circuité) dans les encoches du noyau 7. Sa réalisation ne présente aucune difficulté particulière. Ce bobinage peut posséder plusieurs couches si telle est la préférence du constructeur. Le noyau 7A ou 7B peut eAtre prolongé par une partie 54A ou 54B non magnétique qui sert à guider le noyau 7A ou 7B quand il est retiré du bobinage 5A ou 5B. Pour compléter le circuit magnétique désigné par 4 précédemment on a placé des ponts magnétiques 56 et 57 reliant les noyaux 7A et 7B vers leurs extrémités. Ainsi, les noyaux 7A,7B et les ponts-56,57 forment-un circuit magnétique fermé. L'un aux moins de ces ponts (dans le cas de la figure, le pont -57) glisse sur le noyau 7 et il convient d'assurer le meilleur contact entre le pont et le noyau pour diminuer la réluctance magnétique de ce circuit. Il faut toutefois éviter des frottements excessifs. On peut, par exemple, lubrifier les surfaces de glissement ou leur appliquer un traitement antifriction. Il est nécessaire d'assurer la pression convenable des ponts relativement mobiles tels que 57 contre les noyaux 7 à l'aide, par exemple, d'un ou de ressorts-. En plus-, un shunt magnétique 58 permet-d'affiner la régulation du transformateur, en augmentant, de façon très simple et très souple, la réactance de fuite des bobines 3. Sur la Fig.9, le shunt 58 se trouve à l'extérieur du circuit 7A-56-7B-57. Un entrefer entre les noyaux 7A et 7B et le shunt 58 est aménagé pour éviter la saturation du fer et la distorsion du courant. Le shunt 58 peut aussi être placé à l'intérieur du circuit magnétique 7A-56-7B-57, entre le bobinage de réglage 3 et le bobinage 5. Les deux transformateurs jumelés sont branchés de sorte que les flux magnétiques dans le circuit 7A-56-7B-57 soient de même sens. La régulation est obtenue par le déplacement des noyaux 7A-7B à l'intérieur des bobines 5A-53. Les noyaux 7A-7B sont déplacés ensemble manuellement ou par un mécanisme, par exemple un servomoteur. La tension de sortie est maximale quand les bobinages 3 sont à l'intérieur des bobines 5 et elle devient nulle si les bobinages 3 sont entièrement à l'extérieur des bobines 5 et la partie en fer feuilleté est à l'intérieur des bobines 5 Le flux magnétique important parcourant le circuit tA-56-7B-57 crée alors une force électromotrice opposée à celle générée par le circuit primaire 2 (bobines 1). Dans les positions intérmédiaires du noyau, quand la bobine 3 est partiellement en dehors du circuit 7A-56 7B-57, il existe une réactance de fuite, plus ou moins importante suivant la position du noyau et le cas échéant celle du shunt, sur la partie du bobinage 3 se trouvant à l'extérieur du circuit 7A-56-7B-57. La tension aux bornes de la charge est alors une fonction de la valeur de l'impédance ( composée essentiellement de la réactance de fuite) du circuit électrique représenté par le bobinage 3 courtcircuité. En effet, la loi de répartition de la tension appliquée à des circuits magnétiques parallèles donne, pour deux circuits la formule suivante: U5 Z5 #5 où #5, #8 -rapports de transforma U3 Z3 #3 tions z5)z3- impédances Alors, selon un autre développement de l'invention, on peut faire varier la tension aux bornes de la charge en faisant varier l'impédance aux bornes de la bobine de réglage. Par exemple, une force électromotrice opposée celle de la bobine 3 remplit la même fonction. L'important, c'est que l'impédance de sortie soit réglable. On peut, d'ailleurs, à cet effet transformer le courant alternatif en continu pour réguler l'impédance de sortie. Sur la Fig.12, on a représenté un transformateur triphasé construit d'une manière analogue à celle utilisée dans le transformateur de la Fiv.9. On retrouve pour chacune des trois phases X,Y,Z les memes éléments que précédemment, réalisant un transformateur conforme à l'invention pour chaque phase. Les nombres de référence ont été suiviste la lettre X,Y ou Z selon qu'ils désignent des éléments relatifs à la phase X,Y, ou -Z. te dessin de la Fig.9 présente un circuit magnétique en forme de "C". Ce circuit peut avoir toute autre forme, en rectangle, en "X" ou autre. la disposition des circuits et des bobinages dans l'espace peut aussi être différente. En particulier, le circuit magnétique -peut avoir la forme d'un tore. En se référant à la figure 99 on peut très bien réaliser le noyau 7 en forme d'un tore, dont une partie, environ la moitié, est munie d'un bobinage 3 court-circuité. Puisque le tore constitue un circuit fermé, le pont 56 n'est pas nécessaire. Par contre, le pont 57 est indispensable pour le fonctionnement du dispositif (régulation). Il réunit magnétiquement deux régions diamètralement opposées du tore. De façon analogue, l'enroulement 1 peut être bobiné sur un autre tore 2, et l'enroulement 5 est bobiné autour de la bobine 1 du tore 2 et autour du tore 7 comprenant l'enroulement 3. Le secondaire 3, selon la position de réglage, peut être entièrement à l'intérieur du bobinage 5 ou en être sorti partiellement ou totalement. Le fonctionnement de ce dispositif est identique à celui de la Fig.9, seules la forme du circuit et la disposition des bobinages étant différentes. il est bien évident qu'on peut construire des dispositifs polyphasés avec des circuits toriques. On a donné que quelques exemples de réalisations conformes à l'invention, mais cel-le-ci peut recevoir de nombreuses variantes de mise en o-euvre que l'on entend bien protéger égaletnent dès lors quelles tombent dans la portée générale de l'invention. Le transformateur réglable, objet de l'invention, peut servir, par exemple, pour réguler la tension, la puissance ou le courant. REVENDICATIONS 1 - Transformateur réglable comprenant au moins deux circuits magnétiques et trois bobinages l'un d'entrée, l'autre de sortie et le dernier de réglage, parmi lesquels un premier bobinage est associé à un premier de ces circuits magnétiques et un deuxième bobinage est associé au deuxième circuit magnétique caractérisé en ce que le troisième bobinage (5) est magnétîquement couplé à la fois avec les premier (1) et deuxième (3) bobinages tandis que le bobinage de réglage (3) forme un circuit à impédance réglable servant à régler la tension du bobinage de sortie. 2 - Transformateur réglable selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit du bobinage de réglage (3) comporte un moyen de commutation (9) permettant d'ouvrir ou de fermer ce circuit. 3 - Transformateur réglable selon la revendication 2, caractérisé en ce que ce moyen de commutation est commandé dans chaque cycle de la tension d'entrée du transformateur (Fig.4). 4 - Transformateur réglable selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit du bobinage de réglage est branché sur une impédance réglable (9) ou sur un dispositif permettant d'en régler l'impédance d'entrée. 5 - Transformateur réglable selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bobinage de réglage (3) est fermé sur lui-même en permanence mais est déplaçable par rapport aux autres bobinages (1,5) et par rapport à l'un des circuits magnétiques (7A-56-7B-57). 6 - Transformateur réglable selon la revendication 5, caractériwée en ce que le bobinage de réglage (3) est monté Wr le noyau d'un des circuits magnétiques (7A-7B) avec lequel il est déplaçable par rapport aux autres bobinages. 7 - Transformateur réglable selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est jumelé avec un deuxième transformateur similaire, les noyaux (7A-7B) sur lesquels les bobinages de réglage des deux transformateurs jumelés sont montés se trouvant dans un circuit magnétique (7A-56-7B-57) commun aux deux transformateurs jume lés, muni d'au moins un pont magnétique -mobile par rapport à ces noyaux, tandis que le bobinage (5A,5B) d'entrée ou de sortie de chacun des transformateurs jumelés entoure à la fois une portion de ce circuit magnétique commun et le bobinage (1A,1B) de sortie ou d'entrée du même transformateur, bobinage enroulé sur un autre circuit magnétique (2A,23) propre à chacun des transformateurs jumelés. 8 - Transformateur réglable selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte un shunt magnétique à entrefer placé sur le bobinage de réglage à l'extérieur du circuit magnétique principal auquel appartient le noyau de montage du bobinage de réglage. 9 - Transformateur réglable selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il se compose de deux transformateurs élémentaires identiques dont les bobinages de réglage branchés en opposition de phase comportent une source de courant continu réglable (10,11). 10 - transformateur réglable selon la l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qutil comporte plusieurs bobinages de réglage (3,13,23-33,43) commandés individuellement (9,19,29,-39,49).