Brevet FR2648612A1 — publié le 19901221

Transformateur diphasé-triphase. La présente invention concerne un transformateur destiné à générer un courant électrique alternatif diphasé à partir d'un courant triphasé de même fréquence et inversement. Un tel transformateur trouve son application dans certaines installations anciennes, dont l'équipement électrique est en diphasé et qui, pour des raisons économiques, n'ont pas subi les transformations nécessaires pour passer en triphasé. Plusieurs transformateurs de ce type sont déjà couramment utilisés. On en décrira ci-après deux exemples parmi les plus connus, en regard des figures 1 à 4. Le montage SCOTT représenté sur la figure 1 utilise deux transformateurs monophasés indépendants T1 et T2 ayant respectivement des enroulements primaires à nl et n'l spires et des enroulements secondaires à n2 spires chacun. L'une des extrémités de ltenroulement primaire du transformateur T2 est connectée en D, point milieu de l'enroulement primaire. du transformateur T1. Les trois phases du courant triphasé sont respectivement appliquées aux bornes AC, CB et BA, et on recueille aux bornes ab et cd des secondaires deux tensions électriques diphasées UBA et UCD, en quadrature, comme le montre la construction de Fresnel de la figure 2. Toutefois, un tel montage présente un inconvénient majeur: bien que la charge au secondaire soit parfaitement équilibrée, celle vue par le réseau primaire ne l'est pas. Le montage LEBLANC illustré par la figure 3 remédie partiellement à ces inconvénients. Ce montage emploie un unique transformateur à circuit magnétique triphasé. Sur les trois noyaux sont bobinés dans le même sens trois enroulements primaires de nl spires chacun. Les trois tensions triphasées VA, VB, Vc sont appliquées respectivement aux premières extrémités A, B, C. Quant aux autres extrémités, elles sont reliées au neutre N. La première phase secondaire U1, comporte trois enroulements en série, ltun de n2 spires sur le premier noyau, les deux autres de n"2 spires chacun sur les deuxième et troisième noyaux. La deuxième phase secondaire U2 comprend deux enroulements en série de n'2 spires chacun sur les deuxième et troisième noyaux. Un calcul simple montre que si la chargé au secondaire est équilibrée, on peut s'arranger à équilibrer également la charge au primaire. Dans ce cas, on a n2 n.'2 n 2 U1 = - VA - - Vg - - Vç n1 n1 n nl2 nt2 U2 = VB - VC n1 n1 Sur le diagramme de Fresnel de la figure 4, on a représenté les trois tensions triphasées VA, VB et Vc ainsi que les deux tensions triphasées en quatrature U1 et U2. Le montage LEBLANC élimine donc l'inconvénient du montage SCOTT, mais il présente d'autres défauts: - les trois noyaux magnétiques du transformateur sont soumis à des champs magnétiques différents; - les trois noyaux ne portent pas le même nombre de spires; et - les bobinages côté diphasé n'ont pas le même nombre de spires sur les deux phases. En raison du déséquilibre des trois noyaux, il est impossible d'obtenir un bon rendement du transformateur. De plus, la ligne vue par l'utilisateur depuis le circuit secondaire présente des impédances différentes sur les trois phases. Ceci est gênant en cas de court-circuit, mais surtout quand les circuits secondaires comportent des redresseurs électroniques commandés, tels que thyristors, triacs, etc.... La présente invention concerne un transformateur triphasé-diphasé parfaitement équilibré, ce qui suppose que les deux phases côté diphasé ont le même nombre de tours de même fil et que les trois noyaux du transformateur ont également le même nombre de tours de fils. Le transformateur selon l'invention se caractérise en ce qu'il comprend trois noyaux magnétiques sur lesquels sont bobinés du côté triphasé trois enroulements primaires de N1 spires chacun, reliés à un neutre, et du côté diphasé: - une première phase comprenant trois enroulements en série, l'un de NA spires sur le premier noyau, l'autre de NC spires sur le second noyau et bobiné dans le même sens et le dernier de N3 spires sur le troisième noyau et bobiné en sens inverse des deux premiers enroulements, et - une seconde phase comprenant trois enroulements en série, l'un de NB spires bobiné sur le premier noyau dans le sens inverse de l'autre enroulement porté par ce dernier, l'autre de NC spires bobiné sur le second noyau dans le même sens que l'autre enroulement porté par ce dernier, et le dernier de NA spires bobiné sur le troisième noyau, dans le sens inverse de l'autre enroulement porté par ce dernier, les nombres de spires étant reliés par les relations: NA = NC (2 - ) N3 = NC fi Quel que soit le sens d'utilisation de ce transformateur, les phases sont parfaitement équilibrées au primaire si les charges secondaires le sont. Chaque noyau reçoit rigoureusement le même nombre de spires, soit NA + NB = 2NC, ce qui permet de remplir au mieux les fenêtres des tôles, d'optimiser le rapport pertes fer/pertes cuivre et d'obtenir ainsi le plus haut rendement de transformation. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit à présent en regard des dessins annexés dans lesquels: La figure 5 montre le schéma électrique du transformateur selon l'invention; et La figure 6 est le diagramme de Fresnel relatif à ce transformateur. Le transformateur représenté sur la figure 5 comprend trois noyaux magnétiques 10, 12, 14, sur lesquels sont bobinés respectivement trois enroulements primaires A5 A6, Bg B6 et C5 C6 de N1 spires chacun. Ces enroulements correspondent aux trois phases g 2 et 43 du circuit triphasé et sont reliés à un point neutre N. Du c8té diphasé du transformateur est monté un enroulement A1 A2 de NA spires sur le noyau 10, en série avec un enroulement B3 B4 de NC spires sur le noyau 12, en série avec un enroulement C4 C3 de NB spires sur le noyau 14. On désignera par UA la tension recueillie aux bornes du bobinage série A1 C3 ainsi obtenu. La deuxième phase diphasée comprend un enroulement A3 A4 de NB spires sur le noyau 10, en série avec un enroulement B2 B1 de NC spires sur le noyau 12, en série avec un enroulement C3 C1 de NA spires sur le noyau 14. On désignera par U3 la tension recueillie aux bornes du bobinage série A3 C1 ainsi obtenu. Les deux bobinages diphasés A1 C3 -et A3 C1 ont donc le même nombre total de spires NA + N3 + NC. Les tensions UA et U3 susmentionnées ont la même amplitude. De plus, les impédances de ces bobinages sont rigoureusement égales. Pour que les trois noyaux aient le même nombre de spires il faut que: NA + N3 = 2 NC. (1) On calculera à présent la relation qui lie entre eux les nombres de spires NA, N3 et NC. Pour simplifier les calculs, on prendra la phase 2 comme origine des phases. On désigne les tensions aux bornes des enroulements A1 A2, 33 34, 4 C3, A3 A4, B2 B1 et C2 C1 respectivement par VAl, VC, VB3, Vgl, VC et VA3. On peut écrire: a et b étant égaux à + 1 suivant le sens de l'enroulement. Il en résulte que: On souhaite que UA et UB soient en quadrature, c'està-dire que # -J2 UA = UB e (4) NA NB En posant - = na et - = nb, NC NC et en reportant (2) et (3) dans (4), il vient: a na (e - e ) + 1 - e + bnb (e - e ) = 0 Compte tenu de la formule de transformation ejx = cos x + j sin x et de la formule (1) qui s'écrit n a = 2 - nb, on obtient na(a + a 4 - b + b #3) = 2 - 2b + 2b #3. 1) Si dans cette formule on fait a = 1 et b = 1, on trouve na = nb = 1, ce qui donne en reportant ces valeurs dans (2) et (3) UA = UB = 0. Ce cas est sans intérêt, car les tensions sont en quadrature mais elles sont nulles. 2) Si a = - 1 et b = +1 on trouve na = ~ J 2-73 3) a = - 1 b = -1 on trouve na = - a 4) a = + 1 b = -1 on obtient n a = 2 - /3 (5) et donc nb = 2 -na = a Ainsi, seule la dernière solution convient. La condition a = + 1 signifie que les enroulements NA et NC sont bobinées dans le même sens. La condition b = - 1 signifie que les enroulements NB et NC sont bobinés dans des sens inverses, ce qui a été bien représenté sur la figure 5. Avec les valeurs trouvées, les formules (2) et (3) deviennent: ou bien, en utilisant les formules il vient: UA = VC (1 - j) UB = VC (1 + j) #3 et compte tenu du fait que on obtient: Les tensions UA et UB sont deux tensions de même module 76 VC déphasées de - et + 4 par rapport à VC, et donc deT entre elles. Le rapport de transformation est et comme U1= V1 UA = 4 VC - X NC V1 N1 (6) La figure 6 représente le diagramme de Fresnel dans le cas d'un transformateur triphasé 380 V/diphasé 220 V. Dans ce cas on tire de (6) VC NC 220 V1 - N1 = 380 = 0,409 En reportant dans (2) les valeurs trouvées pour a, b, NA et N B NC NC, on trouve: ou encore: dans laquelle UA= 220 V VC = 0,409 V1 U1 V1 = #3 = 219,4 V soit finalement: UA = 24 e + 89,7 - 155,4 e on trouve de même UB = 24 e + 89,7 - 155,4 e d'où l'on déduit immédiatement la construction de Fresnel représentée à la figure 6. REVENDICATION Transformateur diphasé-triphasé réversible et équilibré, caractérisé en ce qu'il comprend trois noyaux magnétiques (10, 12, 14), sur lesquels sont bobinés du côté triphasé trois enroulements primaires (A5 A6, B5 B6, C5 C6) de N1 spires chacun, reliés à un neutre (N), et du côté diphasé - une première phase comprenant trois enroulements en série, l'un (A1 A2) de NA spires sur le premier noyau (10), l'autre (B3 B4) de NC spires sur le second noyau (12) et bobiné dans le même sens et le dernier (C4 C3) de N3 spires sur le troisième noyau (14) et bobiné en sens inverse des deux premiers enroulements, et - une seconde phase comprenant trois enroulements en ~série, l'un (A3 A4) de NB spires bobiné sur le premier noyau dans le sens inverse de l'autre enroulement (A1 A2), porté par ce dernier, l'autre (B2 B1) de NC spires bobiné sur le second noyau dans le même sens que l'autre enroulement (B3 B4) porté par ce dernier, et le dernier (C2 C1) de NA spires bobiné surle troisième noyau (14), dans le sens inverse de l'autre enroulement (C4 C3) porté par ce dernier, les nombres de spires étant reliés par les relations: NA = NC (2 - F ) NB = NC