Brevet FR2611977A1 — publié le 19880909

Transformateur électrique notamment pour poste de soudage à l'arc. Dans le domaine des transformateurs fixes il est connu, pour obtenir des puissances élevées, qu'il est possible de brancher en parallèle plusieurs transformateurs électriques. Un tel branchement en parallèle exige toutefois que les transformateurs aient des caractéristiques électriques exactement identiques pour éviter un déséquilibre qui se traduirait par une surchauffe du transformateur débitant le plus de puissance.Il faut également que les efficacités des systèmes de refroidissement de tous les transformateurs branchés en parallèle, soient aussi proches que possible car la température de fonctionnement influe sur les caractéristiques de rendement des transformateurs et des différences de température se traduisent par un déséquilibre entre les charges des transforma teurs, déséquilibre qui a tendance à diverger de sorte que, par nature, un poste de transformation électrique constitué par plusieurs transformateurs branchés en parallèle, tend à présenter, malgré l'identité matérielle des caractéristiques des enroulements et circuits magnétiques, un fonctionnement instable.Dans le cas de postes de transformation fixes, il est possible de remédier à cette caractéristique désavantageuse en accroissant la dissipation thermique du transformateur qui tend à surchauffer et cette mesure se trouve d'ailleurs assurée naturellement dans le cas où les divers transformateurs ont chacun un système refroidisseur propre à circulation d'huile ou par radiateur, le taux de dissipation thermique s'accroissant avec l'élévation de la température de fonctionnement du transformateur. Le branchement en parallèle de transformateurs monophasés à poste fixe, ne parait donc pas présenter théoriquement de problèmes graves.Il est également admis techniquement qu'il est plus économique du point de vue coût de fabrication et rendement d'exploitation de mettre en oeuvre, pour une puissance donnée, un seul transformateur plutôt que plusieurs transformateurs de puissance plus faible branchés en parallèle, le véritable intérêt de cette dernière solution étant de pouvoir modifier, en cas de variation de la demande, le nombre des transformateurs en service et également de conserver, en cas d'accident sur un transformateur, la possibilité de maintenir une fourniture de puissance, même réduite, par les autres transformateurs. Il est également connu de réaliser un transformateur triphasé en utilisant trois transformateurs monophasés mais, dans ce cas, chaque transformateur est isolé sur sa phase et s'il est évidemment souhaitable que les trois transformateurs aient des caractéristiques électriques identiques, la modification de l'équilibre électrique par la surchauffe de l'un d'entre eux, n' amène pas le transformateur concerné à subir une surchage divergente, les courants dans les trois phases, c'est-à-dire dans les trois transformateurs en parallèle, devant s'équilibrer. Une analyse critique de l'art connu incitait donc l'homme de métier à réaliser les transformateurs monophasés mobiles pour petite puissance, tels que ceux des postes mobiles de soudage, sous forme d'un transformateur unique. L'invention est basée sur l'hypothèse économique vérifiée par l'e-;- périence que, dans le cas d'un transformateur mobile dont le refroidissement est assuré par un ventilateur, tel que ceux pour postes de soudage, le prix de revient plus élevé d'un poste de transformation de même puissance réalisé par couplage en parallèle de deux ou plusieurs transformateurs, pouvait être compensé par une meilleure maitrise des problèmes d'échauffement ainsi que par divers autres avantages techniques. La présente invention a donc pour objet un transformateur électrique mobile refroidi par échange direct avec un courant d'air généré par un ventilateur caractérisé en ce qu'il est constitué par au moins deux transformateurs à circuits magnétiques indépendants dont les primaires, d'une part, et les secondaires, d'autre part, sont connectés en parallèle. Un des avantages constatés de ce mode de réalisation est une puissance transmise augmentée pour un poids sensiblement identique des matériaux constituant les bobinages et les circuits magnétiques. Il en résulte donc une amélioration du rapport puissance/masse. Un autre avantage est une augmentation du pouvoir de dissipation thermique grâce à une surface de convection plus grande. De même il est possible de bobiner une section de cuivre ou d'aluminium plus importante grâce à un coefficient de foisonnement plus faible et le bobinage est plus facile en raison de l'emploi de diamètres de fils plus petits. Des transformateurs élémentaires standardisés peuvent être assemblés pour la réalisation de puissances élevées. Il est d'autre part connu de réaliser le réglage de l'intensité du courant débité par un transformateur en faisant varier l'intensité efficace du courant dans l'enroulement primaire. Ceci est usuellement obtenu par la connexion en série dans l'enroulement primaire d'un dispositif de commutation à triode bilatérale dit TRIAC dont l'électrode de commande est assurée par un circuit diviseurdéphaseur alimenté par la tension secteur. Le TRIAC délivre aux bornes de l'enroulement primaire, du fait du déphasage,une tension sinusoïdale tronquée, ce qui correspond à une valeur efficace du courant primaire plus faible. Le déphasage peut être obtenu par un condensateur et une résistance en série et si la résistance est une résistance variable, on peut en faisant varier cette résistance faire varier l'intensité du courant circulant dans le transformateur. Pour éviter, dans un montage de plusieurs transformateurs en paral lèle conformément à l'invention, un déséquilibre entre les transformateurs, déséquilibre qui se traduirait par l'apparition d'une surchauffe dans le transformateur le plus chargé et selon une autre caractéristique de l'invention, on monte en série dans le circuit primaire de chaque transformateur un dispositif de commutation à triode bilatérale dont l'électrode est commandée par un circuit diviseur-déphaseur dont la résistance est une résistance variable sensible à la température de fonctionnement du transformateur telle qu'une thermistance. Avec cette caractéristique et lorsque la température de l'un des transformateurs tend à croître, l'intensité du courant primaire se trouve automatiquement réduite. Les thermistances des différents transformateurs peuvent être montées en série avec le potentiomètre de réglage de la puissance du poste de transformation ou les TRIAC de contrôle thermostatique des transformateurs peuvent être connectés en parallèle entre la borne de sortie du TRIAC de réglage de la puissance globale et une borne du primaire du transformateur individuel contrôlé. On décrira plus en détail ci-après un exemple de réalisation avec référence au dessin ci-annexé dans lequel la figure unique est un schéma électrique d'un poste de soudage mettant en oeuvre un poste de transformation conforme à l'invention. Avec une alimentation monophasée de 380 volts, une tension secon daire à vide de 70 volts, pour une tension secondaire en charge de 22 volts, un courant efficace secondaire de 210 ampères, une puissance primaire de 15KVA et une puissance efficace secondaire de 4, 6 Kw, on a utilisé deux transformateurs 1 en parallèle dont les circuits magnétiques 2 sont indépendants. La référence 3 désigne les primaires des transformateurs et la référence 4 les secondaires. Les deux secondaires 4 sont connectés en parallèle avec une borne reliée à une pince 5 dite pince de masse qui est en contact avec les pièces à souder non représentées et l'autre borne connectée à une électrode de soudure 6 par l'intermédiaire d'un manche porte-électrode 7. Les deux primaires 3 sont également connectés en parallèle sur les deux bornes de sortie 9 d'un circuit d'alimentation dont les bornes d'entrée sont reliées aux deux bornes 10 d'une alimentation mono-phasée de 380 volts avec, dans une des branches du circuit, entre une borne 9 et la borne 10 correspondante, un dispositif électronique à conduction variable constitué par un dispositif de commutation à triode bilatérale 11, dit TRIAC.Le dispositif électronique ou TRIAC 11 est commandé par un circuit de déclenchement constitué par exemple d'un circuit de déphasage variable comportant un condensateur 12 et un potentiomètre 13 et d'un dispositif de déclenchement constitué par exemple d'un dispositif de commutation à diode bilatérale 15, appelé DIAC. La DIAC 15 est connectée d'un côté à l'électrode de commande 16 du TRIAC 11 et de l'autre au point commun 17 du condensateur 12 et du potentiomètre 13. L'autre borne du condensateur 12 est connectée à la borne 10 du secteur tandis que l'autre borne du potentiomètre 13 est connectée à la borne 9. Dans le mode de réalisation qui correspond à FR-A-2.537.027, le manche porte-électrode 7 supporte le potentiomètre 13 du circuit de déphasage variable et sa molette de commande 18. Par suite de ce montage, le soudeur peut, en manipulant la molette 18 et tout en maintenant l'arc électrique, modifier l'intensité du courant de l'arc et l'adapter à ses besoins. Pour éviter, conformément à une caractéristique secondaire de la présente invention, la surchauffe de l'un des transformateurs unitaires, on intercale, pour chaque transformateur et dans l'une des branches reliant le primaire 3 à la borne 9, un TRIAC 19 commandé par un circuit de déclenchement comportant une DIAC 20 et un circuit de déphasage variable comportant un condensateur 21 et une thermistance 22 qui est montée sur le noyau du transformateur pour détecter toute surchauffe de celui-ci de façon à réduire, en cas de surchauffe, l'intensité du courant traversant ce transformateur. On comparera à l'aide du Tableau ci-après les caractéristiques du poste de transformation à deux transformateurs conforme à l'invention avec un transformateur unique. Solution deux transformateurs un seul gros transformateur i Par transfor- équivalent mateur Section cuivre 2 2 3,14mm2 primaire l,54mm 3,08mm Poids cuivre 1,2kg 2,4 kg 2,2 kg primaire Section cuivre 7,07mm 14,14mm2 14,2mm secondaire14,2mm Poids cuivre 1,1 kg 2,2 kg 2,1 kg secondaire Cuivre poids 2,3 kg 4,6 kg 4,3 kg total Section magné- 18,3cm2 36,6cm2 28,35cl Section "fene- 54cm2 108cm2 73,50cm2 tre" bobinage Poids tôle magnétique 9,1 kg 18,2 kg 17,3 kg Temps de fabrication Oh 276 Oh 552 Oh 532 Du fait que la puissance transmise est proportionnelle au carré de la section magnétique ou de la section de la fenêtre de bobinage, on voit immédiatement d'après ce Tableau qu'avec l'invention les deux dites sections sont fortement accrues, les coûts matière et main-d'oeuvre restant sensiblement les mêmes. L'invention assure donc une amélioration certaine des postes de soudage mais elle est également applicable aux postes de transformation à plusieurs transformateurs avec réglage de l'intensité du courant. Revendications 1. Un transformateur électrique mobile refroidi par échange direct avec un courant d'air généré par un ventilateur, caractérisé en ce qu'il est constitué par au moins deux transformateurs (1) à circuits magnétiques (2) indépendants dont. les primaires (3), d'une part, et les secondaires (4), d'autre part, sont connectés en parallèle. 2. Un transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte dans le circuit primaire (:3) de chaque transformateur (1), un dispositif de commutation à triode bilatérale (19) dont l'électrode est commandée par un circuit diviseur-déphaseur dont la résistance est une résistance variable (22) sensible à la température de fonctionnement du transformateur telle qu'une thermistance. 3. Un transformateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les thermistances (22) des différents transformateurs sont montées en série avec le potentiomètre (13) de réglage de la puissance du poste de transformation. 4. Un transformateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les TRIAC (19-22) de contrôle thermostatique des transformateurs (1) sont connectés en parallèle entre la borne de sortie (9) du TRIAC (15) de réglage de la puissance globale et une borne du primaire (3) du transformateur individuel contrôlé.