Brevet FR2696865A1 — publié le 19940415

"Bobinage de transformateur à couplage très élevé no- tamment pour des transformateurs de puissance, des convertisseurs ou autres" L'invention concerne un bobinage de trans- formateur comprenant au moins un enroulement primaire et au moins un enroulement secondaire. Pour les bobinages ou enroulements de trans- formateur on enroule usuellement, de façon successive, l'enroulement du primaire et l'enroulement du secon- daire sur les noyaux du transformateur ou sur un sup- port ou un corps de bobine que l'on glisse sur les noyaux du transformateur On connaît également des en- roulements de transformateur dont les conducteurs for- mant l'enroulement sont d'abord torsadés entre eux puis sont appliqués sur l'enroulement du noyau du transformateur ou sur un support de bobine Dans de tels enroulements de transformateur, on n'atteint qu'un degré de couplage moyen entre les enroulements du primaire et du secondaire. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de créer un trans- formateur correspondant au type défini ci-dessus ca- ractérisé par un faisceau souple enroulé en forme de bobine, composé d'un grand nombre de monofils de peti-25 te section, isolés, par exemple des fils de cuivre la- qués qui sont câblés intimement, séparément ou par re- groupements parallèles de plusieurs monofils, et en ce que l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire sont formés chaque fois par un brin d'un nombre arbi- traire de monofils. L'enroulement de transformateur selon l'in- vention présente l'avantage d'un couplage pratiquement idéal entre les différents enroulements du primaire et du secondaire donnant ainsi d'excellentes propriétés dynamiques au transformateur équipé de tels enroule- ments En particulier on soulignera la très faible in- ductance parasite du transformateur Les coûts de fa- brication de l'enroulement sont réduits, car il suffit d'un seul enroulement, à savoir un faisceau souple. Lorsqu'on utilise un corps de bobine ou un support-de bobine on peut donner à celui-ci une forme simple. Etant donné la section extrêmement faible des diffé- rents fils et la multiplicité de fils, on peut obtenir un coefficient de remplissage de cuivre important La séparation galvanique des enroulements est réalisée par l'isolation des fils qui sont de préférence des fils de cuivre vernis. Pour un rapport d'enroulement 1/1 entre le primaire et le secondaire on utilise avantageusement deux brins ayant le même nombre de monofils ce qui ga- rantit une charge en courant égale pour les enroule- ments. Pour avoir un rapport de démultiplication différent de 1, on subdivise selon un mode de réalisa- tion avantageux de l'invention, au moins un brin en des cordons ayant le même nombre de monofils et on branche en série ces cordons du brin Le rapport du nombre de cordons branchés les uns derrière les autres dans les brins définit le rapport de démultiplication entre les enroulements formés par les brins Lorsque par exemple, le faisceau souple comporte 60 monofils, on réalise un rapport de démultiplication 1/2 entre le primaire et le secondaire en subdivisant le faisceau en deux brins formés chacun de 30 monofils Le brin représentant le secondaire est subdivisé en deux cordons formés chaque fois de 15 monofils et les deux cordons sont branchés l'un derrière l'autre Le rap- port de démultiplication u = N 1/N 2 est alors égal à 1/2, car le montage en série des deux cordons de cha- que fois 15 monofils fait que le secondaire a un nom- bre double de spires Comme pour les spires du trans- formateur, le rapport des intensités Il, I 2 traversant les enroulements est inversement proportionnel au rap- port des spires, le courant Il dans le primaire est double du courant I 2 dans le secondaire Comme a 30 monofils branchés en parallèle dans le primaire, on dispose ici d'un double de section de puissance par rapport à l'enroulement du secondaire qui ne comporte que 15 monofils en parallèle La charge en courant dans les deux enroulements est automatiquement égale et est ainsi dimensionnée de façon optimale. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, on utilise comme enroulement écran au moins un monofil dans le faisceau souple L'enroule- ment écran peut être en principe commuté librement De manière préférentielle, on laisse une borne non bran- chée et l'autre reliée à la masse, à l'alimentation ou à des composants externes. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, on utilise comme faisceau d'enroulement souple, un faisceau haute fréquence De tels faisceaux haute fréquence sont connus et s'utilisent pour des applications à haute fréquence pour diminuer les per- tes d'un enroulement par effet de peau ou de proximi- té. L'enroulement de transformateur selon l'in- vention s'applique de manière universelle et grâce à son degré de couplage très élevé il peut notamment servir avantageusement dans des transformateurs de puissance, pour des convertisseurs HF-NF, dans les transformateurs impulsionnels ou les convertisseurs Cuk. Dessins. L'invention sera décrite ci-après à l'aide des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un tronçon d'un cordon d'enroulement souple pour un enroulement de transformateur. la figure 2 est une vue schématique d'un transformateur dont l'enroulement est réalisé à l'aide du faisceau d'enroulement de la figure 1. la figure 3 est une vue schématique d'un transformateur avec un enroulement modifié formé d'un faisceau souple selon la figure 1. Description des exemples de réalisation. Le transformateur, esquissé schématiquement à la figure 2, se compose d'un noyau 10 à trois bran- ches et d'un enroulement de transformateur 11 placé sur la branche médiane du noyau du transformateur. L'enroulement de transformateur il peut être réalisé directement sur la branche médiane ou sur un corps de bobine que l'on engage alors sur la branche médiane du noyau 10 du transformateur. L'enroulement de transformateur 11 en forme de bobine est réalisé à l'aide d'un faisceau souple 12 comme celui représenté en forme de tronçon et à échel- le agrandie à la figure 1 Ce faisceau souple 12 se compose d'un grand nombre de monofils 13 isolés de pe- tite section On choisit de préférence des fils de cuivre vernis ayant par exemple un diamètre de 0,1 mm. Ces monofils 13 sont câblés intimement les uns aux au- tres ou par réunion de plusieurs monofils parallèles 13 de sorte que le faisceau 12 apparaît pour l'obser- vateur comme un réseau homogène Dans certains cas on peut tisser autour du faisceau 12 une gaine en soie 14. Dans le transformateur esquissé à la figure 2, l'enroulement de transformateur 11 comprend un en- roulement primaire et deux enroulements secondaires. Pour réaliser cet enroulement de transformateur 11, on utilise un faisceau souple 12 formé de 90 monofils. Chaque fois 30 monofils sont regroupés en un brin 15, 16, 17; le brin 15 forme le primaire et les brins 16, 17 les deux secondaires Le rapport de démultipli- cation de l'enroulement de transformateur 11 selon la figure 2 est ainsi 1:1:1. L'enroulement de transformateur 20 décrit à la figure 3 comporte également un enroulement primaire et deux enroulements secondaires Le rapport de démul- tiplication des enroulements entre le primaire et le premier et le second secondaire est choisi dans le rapport 1:2:6 Dans ce cas on a choisi un faisceau souple 12 composé en tout de 180 monofils Les mono- fils sont répartis en trois brins 21, 22, 23 formés chaque fois de 60 monofils Le brin 21 et ses 60 mono- fils parallèles constitue le primaire dont les deux extrémités sont reliées aux bornes W 11, W 12 d'un bor- nier 24 Le brin 22 forme le premier enroulement se- condaire; il est subdivisé en deux cordons 221, 222 formés chacun de 30 monofils Les deux cordons 221, 222 sont branchés électriquement l'un à la suite de l'autre, une extrémité du cordon 221 étant reliée à la borne W 21 et l'autre extrémité du cordon 222 étant re- liée à la borne 25, une extrémité du cordon 222 à la borne 26 et l'autre extrémité de ce même cordon 222 à la borne W 22 du bornier 24 Les bornes 25 et 26 sont reliées par une ligne électrique 27 La section de cette ligne 27 est conçue en fonction de la section du cuivre des cordons 221, 222 Les bornes W 21 et W 22 forment les branchements du premier secondaire ayant un nombre de spires double du primaire Le brin 23 qui forme le troisième enroulement secondaire est subdivi- sé en tout en six cordons 231-236 avec chaque fois dix monofils 13 Tous les cordons 231-236 sont branchés les uns à la suite des autres Les différents cordons 231-236 sont raccordés, de la manière représentée à la figure 3, aux bornes W 31, W 32 ainsi que 41-50 Les bornes 41-50 sont reliées par cinq lignes 35-39 La section de ces lignes 35-39 correspond à la section totale des 10 monofils dans les 6 cordons. Le troisième enroulement secondaire comporte ainsi un nombre de spires six fois supérieur à celui de l'enroulement primaire et trois fois supérieur à celui du premier enroulement secondaire La section disponible pour le passage du courant dans le second enroulement secondaire est six fois plus faible que la section de cuivre de l'enroulement primaire et trois fois plus faible que la section du second secondaire dont la section de cuivre est moitié de celle de l'en- roulement primaire Comme pour les transformateurs, le rapport des courants traversant les enroulements Il, I 2, I 3 est inversement proportionnel au nombre de spi- res des enroulements, la charge en courant des trois enroulements de l'enroulement de transformateur 20 est égale et est ainsi dimensionnée automatiquement de façon optimale. Il est également possible de renoncer aux bornes 25, 26 et 41-50 ainsi qu'aux lignes 27 et 35-39 et de relier directement les cordons 221 et 222 ainsi que 231 et 236 reliés aux bornes 25, 26 et 41-50 Le bornier 24 ne comporte alors plus que les bornes de raccordement W 11, W 12 du primaire W 21, W 22 pour le premier secondaire et W 31, W 32 pour le second secon- daire. Pour protéger par écran l'enroulement de transformateur 11 ou 20, on utilise un monofil qui peut être branché librement De manière préférentiel- le, on laisse une extrémité sans branchement et on re- lie l'autre extrémité au branchement du fil, à la mas- se ou à des constructions externes. Comme faisceau souple 12 pour réaliser les enroulements de transformateur 11 (figure 2) et l'en- roulement de transformateur 20 (figure 3) on utilise des faisceaux haute fréquence connus en soi; ces faisceaux existent dans le commerce et servant à des applications haute fréquence pour réduire les pertes d'enroulement engendrées par l'effet de peau ou de proximité. L'enroulement de transformateur 11 décrit ci-dessus peut avantageusement s'utiliser sur des transformateurs de puissance convertisseurs HF/NF, des transformateurs impulsionnels et des convertisseurs Cuk Les convertisseurs Cuk ont l'avantage que par un dimensionnement correct des composants le courant de sortie ou courant initial du convertisseur ou du transformateur ne présente pratiquement pas d'ondula- tion Cela permet de choisir plus clairement la valeur de la capacité du condensateur d'entrée ou du conden- sateur de sortie Cela se traduit par une économie d'encombrement et de coût et une amélioration du com- portement au rayonnement du convertisseur L'enroule- ment de transformateur décrit ci-dessus permet de cou- pler excellemment les différents enroulements du transformateur pour utiliser pleinement les avantages déjà décrits du convertisseur Cuk. R E V E N D I C A T I O N S 1) Enroulement de transformateur comprenant au moins un enroulement primaire et au moins un enrou- lement secondaire, caractérisé par un faisceau souple ( 12) enroulé en forme de bobine, composé d'un grand nombre de monofils de petite section, isolés, par exemple des fils de cuivre laqués qui sont câblés in- timement, séparément ou par regroupements parallèles de plusieurs monofils, et en ce que l'enroulement pri- maire et l'enroulement secondaire sont formés chaque fois par un brin ( 15, 16, 17; 21, 22, 23) d'un nombre arbitraire de monofils ( 13). 2) Enroulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les brins qui réalisent les dif- férents enroulements (enroulement primaire ou enroule- ment secondaire) ( 15, 16, 17; 21, 22, 23) de monofils ( 13) ont le même nombre de monofils. ) Enroulement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins un brin ( 22, 23) de monofils ( 13) est subdivisé en cordons ( 221, 222, 231- 236) et en ce que chaque cordon ( 221, 222, 231-236) de ce brin ( 22, 23) est branché en série. 4) Enroulement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport du nombre de cordons ( 221, 222, 231-236) branchés les uns derrière les au- tres dans le brin ( 22, 23) est égal au rapport de dé- multiplication souhaité des enroulements réalisés avec de tels brins ( 21-23). ) Enroulement selon l'une des revendica- tions 1-4, caractérisé en ce qu'au moins un monofil ( 13) est utilisé comme enroulement protecteur. ) Enroulement selon l'une des revendica- tions 1-5, caractérisé en ce que comme faisceau d'en- roulement ( 13) on utilise un faisceau haute fréquence connu en soi. ) Enroulement selon l'une des revendica- tions 1-6, caractérisé en ce que les faisceaux d'en- roulement ( 12) sont appliqués sur un même noyau de transformateur ( 10). 8 ) Enroulement selon l'une des revendica- tions 1-5, caractérisé dans son application à un transformateur de puissance, un convertisseur (HF-BF), un transformateur impulsionnel ou un convertisseur Cuk.