Brevet FR2528224A1 — publié le 19831209

Transformateur, notamment abaisseur de tension pour machine à souder électrique. La présenteinvention concerne un transformateur, notanit abaisseur de tension, le circuit secondaire d'un tel transforma- teur, du type constitué d'une bande enroulée, étant en pincipe par- couru par des courants d'intensité élevée Ccrnxn on le sait, les transformateurs de ce type trouvent une application ili portante dans les machines à souder électriques, notam- ment les machines portatives à souder par points, connues l) sous le nom de pinces à souder, dont le secondaire, lequel peut être parcouru par des intensités très élevées, de l'ordre de quelques milliers d'ampères, alimente des électrodes de soudage. L'invention concerne plus spécialement le système de refroidissement de tels transformateurs, et en parti- culier le refroidissement des enroulements, c'est-à-dire essentiellement du circuit électrique. La demanderesse a déjà proposé dans le passé une solution permettant d'augmenter considérablement l'effi- cacité du système de refroidissement, cette solution consistant, en bref, à refroidir non seulement le cir- cuit secondaire du transformateur, mais également son circuit primaire, et ceci en le divisant en plusieurs parties ou sections séparées par une ou plusieurs spires du circuit secondaire, elles-mêmes directement refroidies par un circuit de refroidissement approprié et en con- tact thermique avec lesdites parties du circuit primaire; autrement dit, cette solution ancienne consistait à in- corporer une ou plusieurs spires refroidies de l'enrou- lement secondaire du transformateur dans l'enroulement du primaire, pour refroidir également ce dernier. Quant audit circuit de refroidissement, on prévoyait de l'élaborer par exemple sous la forme d'une conduite dans laquelle circule un fluide réfrigérant, et incorpo- rée, par exemple en étant brasée, entre deux parties juxtaposées de la bande de cuivre et le cas échéant d'a- luminium, enroulée autour du noyau et constituant la ou les spires du circuit secondaire, et ceci selon toutes modalités technologiques appropriées. Cette solution s'est avérée satisfaisante dans de nombreux cas, mais les progrès de la technique, notam- ment dans le domaine du soudage automatique à grande ca- dence par robots, en ont montré les limites et ont rendu nécessaire de la perfectionner à nouveau pour augmenter encore l'efficacité du refroidissement, et ceci tout en conservant, ce qui est particulièrement indispensable dans ce cas précis d'utilisation, la faculté d'utiliser 1.0 des transformateurs d'encombrement et de poids aussi ré- duits que possible et à haut rendement, pour ne pas di- minuer les performances intrinsèques desdits robots. Or, on ne peut espérer dépasser un certain degré de refroidissement en extrapolant simplement la solution ancienne qui vient d'être décrite et en divisant l'en- roulement du primaire en un plus grand nombre de parties ou sections, car cela conduirait automatiquement à aug- menter aussi le nombre des spires refroidissantes du circuit secondaire devant séparer ces sections, ce qui est impossible, ce nombre étant luimême imposé par le rapport de transformation, pour un nombre donné de tours au primaire. Le but de la présente invention est de résoudre ce problème, et,à cet effet, un transformateur conforme à l'invention, notamment abaisseur de tension pour machine à souder électrique, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte une ou plusieurs spires refroidissantes incorporées ou intercalées dans les enroulements primaire et/ou secondaire et les séparant en plusieurs parties en étant en contact thermique avec cellesci, cette ou ces spires étant électriquement inactives, -ayant uniquement un rôle de refroidissement-et ne faisant pas partie des circuits électriques desdits enroulements. Ainsi, grâce à l'invention on peut augmenter autant que cela est souhaitable le nombre des sections ou par- ties en lesquelles on divise l'enroulement primaire (le cas échéant secondaire) du transformateur, deux sections v Qissine-s étant séparées à chaque fois par une spire re- froidissante, puisque la multiplication des spires re- froidissantes inactives (ne constituant pas une partie du circuit électrique) n'entralne aucune modification du rapport de transformation On conçoit ainsi que l'inven- tion permette d'augmenter encore considérablement l'ef- ficacité du refroidissement du transformateur, en parti- culier de l'intégralité de son enroulement primaire, tout en rendant ce refroidissement plus homogène que par le passé, ce qui évite le risque d'apparition de points chauds ' Comme on le voit d'après ce qui précède, l'inven- tion, de par sa conception générale, ne présume en rien la façon dont pourra être constitué le circuit secon- daire, mais il est certain, notamment dans le cas des transformateurs abaisseurs pour machines à souder à très haute intensité dans le secondaire, qu'il sera encore tout à fait avantageux de consituer celui-ci essentiel- lement de la même manière que par le passé, à savoir sous la forme d'une ou plusieurs spires actives (c'est- à-dire constituant précisément ce circuit secondaire) enroulées autour du noyau et également refroidies, ces spires actives pouvant donc avoir une constitution sem- blable à celle des spires inactives, être également in- tercalées (le cas échéant) entre différentes sections voisines de l'enroulement primaire, mais étant ennctire strictement limité, à savoir le nombre imposé par le rapport de transformation. En d'autres termes, ceci étant, un transformateur conforme à l'invention, en particulier un transformateur abaisseur à haute intensité de soudage, pourra encore se caractériser en ce qu'il comporte d'une part un certain nombre-fonctiondu rapport de transformation désiré-de spires refroidissantes actives constituant le circuit secondaire, et d'autre part un certain nombre-fonction du degré de refroidissement désiré de spires refroidis- santes supplémentaires ou spires mortes électriquement inactives, ayant uniquement une fonction de refroidisse- ment et ne faisant pas partie du circuit secondaire, tout ou partie de l'ensemble de ces spires actives et spires supplémentaires divisant en sections l'enroule- ment du circuit primaire. L'invention n'exclut, bien entendu, aucune configu- ration, et l'on pourrait par exemple envisager de divi- ser l'enroulement du circuit primaire seulement par les spires refroidissantes supplémentaires, c'est-à-dire les s p i r e Sinactives, tandis q u e l es spires actives du circuit secondaire seraient entièrement à l'intérieur (le cas échéant à l'extérieur) de l'enroulement primaire divisé. Quant à la réalisation technologique de ces diffé- rentes spires de refroidissement, qu'elles soient actives ou inactives, elle pourra, comme cela a été indiqué plus haut, être de tout type approprié connu, et par exemple mettre en oeuvre des bandes ou lamelles de cuivre lami- né juxtaposées de chant, avec intercalation d'une con- duite de fluide de refroidissement aplatie et brasée, ou encore des bandes d'aluminium filé avec passage longitu- dinal central pour ce fluide, etc. Il en sera de même quant aux nombreuses variantes possibles-pour ce qui est du branchement du circuit de refroidissement, lequel pourra, selon la convenance, être réalisé, tant pour ce qui concerne les spires ac- tives que les spires inactives, en un certain nombre de sections connectées en série ou en parallèle, ou encore de façon mixte, et branchées sur une source de fluide de refroidissement adéquate (par exemple de l'eau). En tout état de cause, différents modes d'exécution de l'invention, ainsi que certains détails de réalisa- tion, vont maintenant être décrits à titre d'exemples nullement limitatifs, avec référence aux figures du des- sin annexé, dans lequel la figure 1 est une vue schématique d'un trans- formateur réalisé conformément à l'invention, en pers- pective avec portions arrachées et deux coupes réalisées selon deux plans perpendiculaires et montrant notamment la section transversale des enroulements du primaire et du secondaire d'une part, et les bornes de connexion des différents circuitsd'autre part; les figures 2 et 3 sont des vues en coupe mon- trant en section tranversale d'autres agencements pos- sibles des enroulements; et les figures 4 et 5 sont des vues en perspective, également schématiques, montrant l'aspect extérieur de deux transformateurs réalisés selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un enroulement primaire réalisé en fil bobiné autour du noyau 1 d'un circuit magnétique 2 en M fermé par une culasse 3, cet enroulement étant divisé en trois parties ou sections 4 a, 4 b et 4 c coaxiales Les sections 4 b et 4 c sont séparées par les deux spires actives, elles mêoes séparées par un isolant électrique 5, d'une bande de cuivre 6 enroulée coaxialerrent sur ledit noyau et constituant l'enroulement du circuit secondaire Quant aux sec- tions 4 a et 4 b, elles sont séparées par une spire supplémentaire 7 inactive, servant uniquement au refroidissement de cette partie in- térieure du primaire, et également constituée d'une bande de cuivre enroulée coaxialer Tent sur le noyau. Dans cet exemple, on voit que la section transversale de la spire inactive 7 est inférieure à èlle de la spire active 6, étant donné qu'elle n'a qu'une fonction de refroidissement et qu'elle n'est pas traversée, par du courant. Ces deux bandes de cuivre 6 et 7 peuvent être re- froidies par tous moyens appropriés, par exemple enétant réalisées chacune sous la forme de deux lamelles en cuivre laminé, respectivement 6 a 6 b et 7 a -7 b, juxtapo- sées de chant, avec intercalation de conduites de re- froidissement de cuivre aplaties et brasées sur les chants en regard, et respectivement référencées en 9 et , ces conduites suivant bien entendu, pour leur partie entourant le noyau 1, le même cheminement en spirale que les bandes correspondantes. D'une façon générale, tout mode de réalisation ap- proprié pourra être adopté et entre autres ceux qui sont connus par le brevet françaisde la demanderesse N O 1 068 283. Sur cette même figure 1, on a référencé en 11 et 12 deux blocs de cuivre brasés sur les deux extrémités sor ties de l'enroulement secondaire 6 et servant d'une part à permettre d'établir les connexions électriques du cir- cuit extérieur à relier à cet enroulement, par l'inter- médiaire de trous taraudés tels que 13, et d'autre part à permettre la mise en communication des conduites 9 et (lesquelles sont montées en parallèle) avec une source extérieure d'eau de refroidissement (non repré- sentée), lesdits blocs comportant à cet effet des ouver- tures d'entrée et de sortie d'eau, respectivement 14 et 15. Comme on peut le voir sur la figure, les extrémités d'entrée des conduites 9 et 10 sont toutes deux brasées sur le bloc de connexion 11, de même que l'autre extré- mité de la conduite 9 est brasée sur le bloc de connexion 12, tandis que l'extrémité de sortie de la conduite 10, référencée en 16, est reliée à ce même bloc 12 par l'in- termédiaire d'un-raccord coudé isolant 17, par exemple en caoutchouc, ceci bien entendu pour éviter une mise en court-circuit de l'enroulement secondaire 6 par le cir- cuit d'eau 10 et la spire de refroidissement 7 (voir,au- dessous de la figure 1,la partie représentée arrachée du bloc de connexion inférieur 12) On peut noter ici que les circuits d'eau de refroidissement des enroulements 6 et 7 pourront être en liaison avec ceux prévus ordinai- rement pour le refroidissement de chacune des électrodes de soudage connectées au secondaire du transformateur: les connexions sur les blocs 11 et 12 pourront s'effec- tuer avantageusement par l'intermédiaire de joints d'é- tanchéité élastiques. Il est à noter enfin, concernant ces blocs 11 et 12, qu'ils seront de préférence ancrés dans de la résine synthétique polymérisée enrobant les chignons 18 des en- roulements et empêchant les vibrations. Aux figures 2 et 3, on a représenté à titre de va- riantes des dispositions différentes des enroulements primaire et secondaire, la réalisation des différentes connexions pouvant par ailleurs être du même type que celle qui vient d'être décrite avec référence à la fi- gure 1. Selon la figure 2, l'enroulement primaire a été di- visé en quatre sections 19, les différentes séparations étant fournies par une seule spire centrale 20 de cir- cuit secondaire, et deux spires inactives, l'une exté- rieure et l'autre intérieure, d'un enroulement supplé- mentaire coaxial de refroidissement 21 Les circuits de refroidissement respectifs 22 et 23 peuvent être réali- sés comme selon la figure 1 (tubes de cuivre aplatis et brasés sur les chants en regard des lamelles constituant les différentes spires). Selon la figure 3, la répartition des différents enroulements et sections d'enroulement est semblable à celle de la figure 1, comportant trois sections 24 d'en- roulement primaire, avec intercalation de deux spires, isolées l'une par rapport à l'autre,d'un enroulement se- condaire 25 (avec conduite de refroidissement également en spirale 26), et d'une spire inactive d'un enroulement supplémentaire de refroidissement 27 Cependant, ici la conduite de fluide de refroidissement 28 de l'enroule- ment 27 est constituée de deux spires (connectées en pa- rallèle ou en série) espacées l'une de l'autre dans le sens de la largeur de la lame, ce qui peut présenter, sur le mode de réalisation de la figure 1, l'avantage d'une meilleure répartition de la température selon la largeur de l'enroulement supplémentaire de refroidisse- ment. Enfin, les figures 4 et 5 montrent deux aspects extérieurs possibles de transformateurs établis conformé- ment à l'invention, sans utilisation des blocs de con- nexion de la figure 1 (sorties des circuits de refroi- dissement indépendantes). Sur ces figures, on a référencé en 29 les deux ex- trémités sorties de l'enroulement secondaire, comportant des trous 30 pour des vis de connexion Ces extrémités sont constituées de deux lamelles accolées, ce qui faci- lite leur pliage 31 vers le raccordement aux extrémités proprement dites de l'enroulement Ce raccordement (non visible sur les figures) s'effectue en onglet et est as- suré par des brasures On a référencé en outre,en 32 et 33,respectivement l'entrée et la sortie d'eau de la con- duite de refroidissement de cet enroulement secondaire. Pour le circuit magnétique, on a utilisé les mêmes réfé- rences que sur la figure 1. Enfin, il y a lieu de noter que, dans le mode de réalisation de la figure 4, on a représenté l'entrée 34 et la S ortie 35 de la conduite d'eau de l'enroulement supplémentaire de refroidissement d'un même côté du chi- gnon 18, alors que sur la figure 5, à titre de variante, on les a représentées sur les deux côtés opposés de ce chignon. On utilisera l'une ou l'autre configuration, selon les conditions de branchement (On pourrait aussi prévoir une extrémité de l'autre côté du circuit magnétique). On remarque qu'avantageusement les extrémités 32 à sont à section circulaire pour faciliter les branche- ments extérieurs, alors qu'à l'intérieur les conduites de refroidissement sont aplaties, comme signalé plus haut, pour remplir quasi totalement l'espace à section rectangulaire ménagé entre les chants en regard des deux lamelles d'une même bande. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nulle- ment à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. Ceci est particulièrement vrai pour le nombre et la réparti- tion des différentasparties ou sections de l'enroulement primaire. pour le nombre et la répartition des spires dites actives oensti- tuant l'enroulement secondaire, ceux des spires dites inactives constituant l'enroulement supplémentaire de refroidissement, les matières utilisées, sections et autres dimensions des circuits nm- gnétique et électriques, modes de branchement et de connexicns,mode de réalisation des différents circuits de refroidissement, applica- tions envisagées, etc. REVENDICATIONS 1 Transformateur, notamment abaisseur de tenctén pour machine à souder électrique, du type dont le circuit secondaire est constitué d'une bande enroulée, caractérisé en ce qu'il cin- porte une ou plusieurs spires refroidissantes ( 7) incorporées ou intercalées dans les enroulements des circuits primaire ( 4 a, 4 b, 4 c) et/ou secondaire ( 6) et les séparant en plusieurs parties en étant en contact thermique avec celles-ci, cette ou oes spires ( 7) étant élec- triquement inactives, -ayant uniquement un rôle de refroidissement- i Q et nef aisant par partie des circuits électriques desdits enroulements. 2 'Transtormateur selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comporte d'une part un certain nombre -fonction du rapport de transformation désiré de spires refroidissantes actives ( 6) constituant l'enroulement du circuit secondaire, et d'autre part un certain nombre -fonction du degré de refroidissement désiré de spires refroidissantes supplémentaires ou spires mortes ( 7), électriquement inactives, ayant uniquement une fonction de refroidissement et ne faisant pas partie du circuit secondaire, tout ou partie de l'ensemble de ces spires actives ( 6) et spires supplémentaires ( 7) divisant ensec- tions ( 4 e, 4 b, 4 c) l'enroulement du circuit primaire. 3 Transformateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux blocs de connexion ( 11,12) reliés électriquement aux extrémités de l'enroulement ( 6) du circuit secondaire, et servant d'une part à relier ce secondaire au circuit électrique extérieur à alimenter (électrodes de soudage ou autres) et d'autre part à relier la ou les spires refroidissantes (actives 6 et/ou inactives 7) à un circuit d'alimentation en fluide de refroidissement. 4 Transformateur selon la revendication 3, dans lequel, l e f lu id e d e refroidissement cles spires actives de l'enroulement du circuit secondaire ( 6) et des spires inactives supplémentaires de refroidisse- ment ( 7) circule dans des conduites en contact thermique et électrique avec des bandes de métal constituant ces spires, étant par exemple brasées entre les chants en re- gard de deux lamelles constitutives de ces bandes, carac- térisé en ce que les extrémités desdites conduites( 9,10) sont connectées directement -avec contact électrique- auxdits blocs de connexion ( 11,12), sauf au moins l'une ( 16) des extrémités de la conduite de refroidissement de la ou des spires de refroidissement supplémentaires, la- quelle est reliée au bloc de connexion correspondant ( 11 ou 12) par l'intermédiaire d'un manchon isolant ( 17) em- pêchant une mise en court-circuit de l'enroulement secon- 1 Q daire ( 6). Transformateur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la Liaison entre lesdits blocs de connexion ( 11,12) et les extrémités de l'enroulement ( 6) du circuit secondaire d'une part, les extrémités (sauf une) du circuit de refroidissement d'autre part, s'effec- tue par brasage ou soudage, lesdits blocs étant en outre ancrés dans de la résine synthétique polymérisée enrobant les chignons ( 18) des enroulements.