Brevet FR2501900A1 — publié le 19820917

La présente invention concerne un transformateur multiplicateur de fréquence triphasé-monophasé, destiné en particulier a être appliqué à l'usinage par décharge électrique. Ainsi qu'il est connu, les machines pour l'usinage par décharge électrique nécessitent une source de courant alternatif d'intensité élevée et de faible tension. Habituellement, un tel courant alternatif est fourni par un transformateur abaisseur de tension du type triphasé-monophasé. La fréquence normalement adoptée est la fréquence du secteur industriel, qui est habituellement de 50 Hz. Cependant, étant donné que le rendement de telles machines croit avec l'augmentation de la fréquence du courant de décharge électrique, on a déjà proposé d'utiliser des fréquences plus élevées, par exemple, comprises entre 100 et 400 Hz. Cependant, lors de l'utilisation de fréquences aussi élevées, il est nécessaire d'incorporer à l'appareil d'usinage par décharge électrique, un dispositif multiplicateur de fréquence. Un tel dispositif multiplicateur de fréquence rend l'appareil cher et encombrant et constitue généralement un composant sophistiqué qui ne peut être entretenu et réparé que par du personnel spécialisé. La puissance élevée mise en oeuvre nécessite généralement l'utilisation de ventilateurs de refroidissement ou analogues, lorsque le multiplicateur de fréquence est du type à semi-conducteurs. En raison de ces divers inconvénients, les machines à décharge électrique à multiplication de fréquence n'ont pas trouvé jusqu'ici une application générale. L'invention a donc pour but de fournir un transformateur abaisseur de tension triphasé-monophasé, qui, simplement par induction magnétique, agit simultanément en tant que multiplicateur de fréquence pour permettre l'utilisation pratique de machines à décharge électrique a multiplication de fréquence, en raison d'une réduction du prix et de l'encombrement, et d'une simplification des opérations d'entretien et de réparation. En outre, la robustesse propre aux dispositifs à induction magnétique assure une longue durée de vie, sans entretien, et sans nécessiter d'appareil de refroidissement. Ce but est atteint suivant 1 'invention en créant un transformateur multiplicateur de fréquence, en particulier pour machines destinées a l'usinage par décharge électrique et analogues, caractérisé en ce qu'il comporte un noyau magnétique ferme ayant cinq branches paral lèles, trois enroulements primaires et trois enroulements secondaires bobinés autour des trois branches intérieures, les trois enroulements primaires étant connectés en triangle en vue d'une alimentation triphasée, et les trois enroulements secondaires étant connectés en série pour fournir une sortie monophasée, le noyau magnétique étant dimensionné de façon a fonctionner a saturation magnéti- que au cours d'une partie du cycle de fonctionnements D'autres caractéristiques de l'invention apparai- tront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, donnés uniquement a itre d'exemple, et sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique de dessus du transformateur multiplicateur de fréquence suivant l'invention, et ;; - la figure 2 montre le circuit du transrormateur de la figure 1 Le transformateur multiplicateur de fréquence suivant l'invention représenté a la figure 1 comprend un empilage de tôles magnétiques classiques 10 en un matériau usuel tel que de l'acier au silicium ou analogue, découpé sous forme d'un noyau fermé ayant quatre orifices 12,14, 16 et 18 pour définir cinq branches 20,22,24,26 et 28. Des enroulements primaires connectés en triangle 30,32,34 sont bobinés autour des branches intérieures 22,24,26, respectivement, et connectés chacun à une borne d'entrée 36,38,40, respectivement, afin d'être reliés à une source d'alimentation triphasée telle que le secteur à 380 V, 50 Hz. Un enroulement secondaire 42,44,46, est bobiné autour de chacun des enroulements primaires 30,32,34, respectivement, ces enroulements secondaires étant connectés en séries à deux bornes de sortie 48,50 pour constituer une alimentation en tension monophasée. Le même agencement est représenté à la figure 2, sous forme d'un circuit électrique. En supposant que le dispositif décrit fonctionne linéairement, les trois tensions formées aux bornes de sortie des enroulements 42,44,46, lorsque le primaire est alimenté par une tension triphasée équilibrée, sont identiques et déphasées de 1200 les unes par rapport aux autres. Par conséquent, la tension résultante aux bornes de sortie monophasées 48,50, est pratiquement nulle. Cependant, suivant l'invention, le noyau magnétique 10 est dimensionné de telle façon qu'il soit saturé pendant une partie du cycle de fonctionnement. Dans ces conditions, il y a production d'harmoniques ayant une fréquence fondamentale supérieure à 50 Hz. Cependant, étant donné que le système est symétrique avec une alimentation triphasée, les harmoniques produits ne sont pas égaux, et le premier harmonique ayant une importance appréciable est l'harmonique 3 dont la fréquence est de l'ordre de 150 Hz. Manifestement, les tensions associées à l'harmonique 3 formées sur les enroulements secondaires 42,44, et 46, ne sont plus déphasées de façon symétrique, et produisent une tension globale sur la sortie monophasée 48,50. Par conséquent, la seule énergie active transferée à partir des enroulements primaires aux enroulements secondaires du transformateur lorsque ce dernier est connecté à une charge, est principalement celle à 150 Hz, alors que les fréquences plus faibles sont pratiquement absentes et que les fréquences plus élevéessont contenues dans des limites insignifiantes moyennant un dimensionnement anproprié du noyau 10. Bien que le fonctionnement du présent transformateur multiplicateur de fréquence ait été expliqué ci-dessus, et que le demandeur suppose que cette explication soit correcte, il ne prétend pas avoir complètement compris tous les phénomènes physiques et électriques qui se combinent pour produire le fonctionnement du dispositif comme décrit ci-dessus, et il est par conséquent tout à fait possible que d'autres facteurs inconnus soient impliqués. Ainsi, il n'a pas été possible de faire une analyse de théorie plus complète du transformateur, et il est fort probable qu'une telle analyse, si elle était réalisée, conduirait à d'autres considérations qui faciliteraient la construction de ce transformateur multiplicateur de fréquence. En l'absence d'une telle analyse théorique, le demandeur a construit le transformateur de façon empirique, et par conséquent, dans des cas semblables, son dimensionnement doit être réalisé empiriquement en choisissant de façon appropriée, la section transversale du matériau magnétique en fonction de la tension, de la fréquence, de la puissance, et de la nature du matériau utilisé. La meilleure manière connue du demandeur pour construire le transformateur décrit est de faire des essais avec des noyaux magnétiques de section transversale progressivement croissante, et de choisir ensuite la section transversale qui fournit le meilleur résultat. Bien qu'un mode de réalisation préféré de l'invention ait été décrit en détail et illustré par les dessins joints, on comprendra que l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation précis, et que de nombreuses modifications ou variantes évidentes pour le spécialiste, peuvent être apportées à l'invention sans pour autant sortir de son esprit. REVENDICATIONS 1 - Transformateur multiplicateur de fréquence, en particulier pour des machines d'usinage par décharge électrique, ou analogues, caractérisé en ce qu'il comprend un noyau magnétique fermé (10) comportant cinq branches parallèles (20,22,24,26,28), trois enroulements primaires (30,32,34), et trois enroulements secondaires (42,44,46) bobinés autour des trois branches intérieures (22,24,26), les trois enroulements primaires étant connectés en triangle en vue d'une alimentation triphasée, et les trois enroulements secondaires étant connectés en série afin de fournir une sorte monophasée, le noyau magnétique (10) étant dimensionné pour fonctionner à saturation magnétique pour une partie du cycle de fonctionnement. 2 - Transformateur multiplicateur de fréquence suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit noyau magnétique (10) est formé par un empilage de tôles présentant chacune quatre ouvertures (12,14,16,18).