Brevet FR2742572A3 — publié le 19970620

FR 2742572 A3 19970620 FR 9515085 A 19951219 ENROULEMENT INDUCTIF BOBINE EN GALETTES POUR TRANSFORMATEURS. La présente invention concerne le bobinage de fils électriques pour réaliser des enroulements inductifs, notamment les enroulements inductifs destinés à former les étages" haute ou moyenne" tension des transformateurs de puissance ou de distribution de l'électricité. On connait des enroulements "haute ou moyenne" tension de transformateurs du type précité constitués par bobinage d'un fil électrique, non plus en longues couches superposées de spires hélicoïdales s'étendant uniformément sur toute la hauteur de l'enroulement,mais sous forme de galettes élémentaires reliées en série l'une à l'autre et empilées jusqu'à obtenir la hauteur voulue pour l'enroulement final. Chaque galette est elle-même constituée d'un enroulement hélicoïdal élémentaire de fil bobiné en spires sur un support rigide isolant comportant des flasques à ses extrémités pour contenir latéralement les couches de spires. Les avantages de ce type de technologie sont nombreux. En particulier, le caractère modulaire des enroulements ainsi réalisés permet une standardisation plus poussée au niveau des ateliers de montage et constitue de ce fait un facteur de réduction des coûts de réalisation. D'autre part, la présence d'un isolant en inter couche (généralement des feuilles de papier mica) n'est plus nécessaire, car les gradients de tension entre couches adjacentes aux extrémités de celles-ci sont fortement diminués par la réduction de la longueur des couches. Le vernis émaillé qui enveloppe l'âme métallique conductrice du fil utilisé (qui peut être un fil du commerce) suffit alors à assurer l'isolation requise. Par ailleurs, l'enrobage de l'enroulement dans une résine diélectrique devient tout à fait faisable, alors qu'il ne peut être envisagé sur un enroulement en "longues couches"en raison notamment de la présence des feuilles d'isolant inter-couches qui perdraient leurs propriétés par imprégnation de la résine. La réalisation modulaire en galettes des enroulements ouvre ainsi une voie attractive d'accès aux transformateurs secs enrobés, lesquels, comme on le sait, concurrencent désormais les transformateurs immergés sur les moyennes et faibles puissances pour répondre à une demande de plus en plus soucieuse de la préservation de l'environnement. Toutefois, à coté de ces avantages, certains handicaps viennent encore obérer l'intérêt réel de cette technologie. La présence de flasques de maintien aux extrémités du support d'enroulement représente en effet une pénalité notable Venus de moulage avec le support, ces flasques sert de butées de retenue de l'empilement de spires de la galette, qui sinon s'effondrerait par le simple jeu de la gravité à la manière d'un amas de tubes entassés soumis seulement à leur propre poids. Celà suppose donc un dimensionnement préalable du support d'enroulement destiné à recevoir ultérieurement la galette. L'éventail de choix de la longueur des galettes se trouve ainsi soumis au nombre de supports standard différents nécessairement limité que l'on met en fabrication. Par ailleurs, on est amené à prévoir à la surface du support d'enroulement des rainures qui servent d'encoches de positionnement du fil pour bien former la première couche de spires au contact direct du support et faciliter ensuite la dépose du fil en quinconce pour former les couches de spires concentriques ultérieures. On voit donc qu'on est contraint à devoir utiliser un support d'enroulement relativement complexe qui oblige leurs ateliers de fabrication à réaliser une pièce différente pour chaque type ou chaque taille de transformateur à équiper. On comprend qu'un progrès décisif serait accompli si l'on pouvait disposer d'un moyen permettant de faire tenir la galette par elle-même à l'aide d'un support d'enroulement lisse et sans butées de maintien. Dans ce but, la présente invention a pour objet un enroulement inductif formé par un fil électrique bobiné en spires et destiné à constituer les enroulements haute ou moyenne tension de transformateurs, caractérisé en ce qu'il est constitué par au moins une galette réalisée par un fil électrique méplat ou plus généralement ayant une section droite en forme de quadrilatère dont deux faces opposées au moins sont planes et parallèles, et bobiné sur lesdites faces en couches concentriques de spires planes juxtaposées dont le passage d'une spire à la suivante sur la même couche s'effectue par un décrochement discret le plus court possible et en tous cas inférieur à la demi circonférence de la spires. De préférence encore, les spires d'une couche sont jointives. Comme on l'aura compris, l'invention consiste, dans ces caractéristiques essentielles, à remplacer le fil rond habituellement utilisé par un fil à faces planes, un méplat de préférence (et avantageusement de section identique pour pouvoir passer la même densité de courant) et à le bobiner en spires, non plus hélicoïdales, mais circulaires, c'est-à-dire se développant dans un plan, le passage d'une spire à la suivante étant assuré par un décrochement le plus court possible. On obtient alors un enroulement dans lequel les spires sont empilées exactement les unes sur les autres, en dehors de l'endroit très localisé du décrochement. Par "méplat", on entend qualifier une section droite de forme générale rectangulaire dont la largeur est au moins 1.5 fois supérieure à l'épaisseur du fil. Du fil électrique méplat émaillé apte à la réalisation de l'invention peut être trouvé aisément dans le commerce. Le fil méplat, bobiné sur sa face plane, se maintient de lui-même, par simple empilement des spires, ce qui résout le problème de la présence des flasques. En outre, le gradient de tension entre les spires d'extrémité est plus faible qu'avec un fil de section ronde. Pour une même taille de galette, il y a en effet plus de couches de spires, mais moins de spires par couche, ce qui réduit les gradients de tension en bout. Des flasques-guides seront néanmoins avantageusement utilisés, mais uniquement de façon temporaire. Lors du bobinage, le fil est maintenu tendu. C'est la tension du fil qui assure la tenue géométrique des couches de spires. Les flasques servent uniquement de guide pour obliger le fil à se ranger correctement dès le début de l'opération de bobinage et à donner les côtes du gabarit pour les couches ultérieures. Ils permettent dans le même temps d'éviter la chute dela spire en bout des couches supérieures, qui vient se positionner nécessairement en porte-à-faux sur la spire d'extrémité de la couche en dessous d'elle, avant que les spires de la couche qui va se former au dessus ne viennent la bloquer en position. Ces fonctions ne sont à assurer que momentanément jusqu'au terme du bobinage, de sorte que la présence de tels flasques n'est nécessaire que temporairement. On les monte aux extrémités du support cylindrique au début du bobinage et ils sont enlevés ensuite à la fin de l'opération de bobinage.. En outre, l'effort qu'exercent sur un flasque les spires de fil méplat soumis à leur propre poids est très inférieur à celui procuré dans les mêmes conditions par des spires de fil rond. En effet, en configuration "méplate", ou plus généralement en quadrilatère à faces planes, les efforts sont essentiellement dirigés orthogonalement à la surface d'enroulement du support en raison de la forme plane des faces porteuses du fil. En revanche, dans le cas de galettes de fil rond, ces efforts sont en moyenne dirigés obliquement, ce qui conduirait à une déviation des spires, si elles n'étaient pas retenues latéralement par des flasques-butoirs solides. C'est notamment pour cette raison que les flasques des galettes de fil rond doivent être moulés avec le support d'enroulement pour former une pièce monobloc très rigide et résistante. Au contraire, dans le cas de l'invention, les flasquesguides peuvent être simplement constitués par des disques peu épais enfilés temporairement sur les extrémités du support d'enroulement. L'invention sera de toute façon bien comprise et d'autres aspects et avantages apparaîtront clairement au vu de la description qui suit donnée en référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles: - la figure 1 est une vue schématique en élévation partielle d'un enroulement en galette selon l'invention; - la figure 2 montre une vue arrachée schématique en perspec tive de l'enroulement en galette de la figure 1. - les figures 3a, 3b, 3c sont des vues en plan montrant dans cet ordre le passage en bout d'une couche à la couche sui vante supérieure - la figure 4 illustre,en liaison avec les figures 3,la confi guration de l'empilement des spires en bout dans différents plans de coupe radiale rabattus vers le haut ou vers le bas, selon que le plan de coupe est situé au dessus, respective ment en dessus de l'axe d'enroulement montré sur la figure; Sur les figures, les mêmes éléments sont désignés par des références chiffrées identiques. On a représenté sur la figure 1 une portion centrale d'un enroulement cylindrique de fil méplat selon le mode de bobi de l'invention. Cette figure n'a qu'une valeur de schéma explicatif montrant un support d'enroulement 1 fait d'un tube rigide peu épais isolant de l'électricité d'une quarantaine de cm de diamètre externe et d'axe longitudinal 2. Sur sa surface d'enroulement 3, un fil électrique 4 de forme méplate vient s'enrouler en spires circulaires jointives 5 selon un mouvement de va-et-vient le long de l'axe 2 analogue à celui réalisé lors d'une opération de trancannage. Un décrochement 6 de courte longueur (1/8e de tour de spire environ dans l'exemple montré), et dont l'amplitude est égale à la largeur du fil, permet le passage d'une spire à la suivante. Les flasques-guides d'extrémité ne sont pas représentés sur cette figure illustrant la partie centrale uniquement de la galette. La vue en perspective en double coupe longitudinale de la figure 2 montre la galette totalement achevée (les flasques d'extrémités ont été enlevés). On voit bien la forme méplate du fil électrique 4 utilisé (format de 4*2 mm2 dans l'exemple considéré). On voit également bien apparaître l'architecture en quinconce de l'empilement des spires 5 à l'endroit du décrochement 6 (coupe selon le plan A-A de la figure 1). Partout ailleurs, on retrouve l'empilement aligné des spires 5 disposées les unes au dessus des autres comme le montre la vue en coupe selon le plan B-B de la figure 1. Comme on vient de le voir,le mode de bobinage de l'invention substitue au pas hélicoïdal continu mis en oeuvre avec un fil rond, un trajet circulaire des spires avec un passage de l'une à l'autre localisé sur le pourtour du support sous forme d'un décrochement le moins long possible afin que le secteur angulaire dans lequel les spires empilées sont bien alignées soit le plus grand possible. Se pose alors un aspect particulier de la mise en oeuvre de l'invention, qui va être explicité dans la suite à l'aide des figures 3 et 4, et qui concerne le passage d'une couche de spires à la suivante à l'extrémité du support. Lorsque au cours du bobinage d'une couche (figure 3a), l'avant dernière spire circulaire u de la couche parvient au voisinage du flasque guide 7 disposé à l'extrémité du support d'enroulement, le dernier décrochement 6 de la couche (vers la droite sur la figure), amène la dernière spire v au contact du flasque 7. La dernière spire v s'enroule alors sur un peu moins d'un tour avant de commencer à former la première spire x de la couche du dessus par chevauchement 8 du décrochement 6 assurant le passage de la spire u à la spire v (figure 3b).La pre mière spire x s'enroule alors au contact du flasque 7 en prenant pleinement appui sur la spire v située en dessous d'elle. Avant la rampe de montée de la spire v sur la couche supérieure pour former la première spire x (figure 3c), celle-ci en fin de formation subit un décrochement 6' (sur la gauche sur la figure) de sens contraire aux décrochements 6 de la couche inférieure afin de permettre à la deuxième spire y de commencer à se former. La figure 4 placée en regard montre dans trois plans de coupe axiale différents 1, m, n, la topologie d'empilement des spires correspondant à la situation représentée sur la figure 3c. On voit sur la coupe 4m le phénomène de porte-à-faux de la première spire x de la couche supérieure sur la dernière spire v de la couche inférieure à l'endroit du passage 8 en couche supérieure par chevauchement de dernier décrochement 6 de la couche inférieure. On comprend aisément au vu de cette figure que le porte-à-faux s'étendra selon le pourtour sur une distance d'autant plus réduite que les décrochements 6 seront plus courts. On visera donc l'obtention d'une pente la plus forte possible compatible avec l'aptitude au pliage du fil méplat utilisé et avec les possibilités opérationnelles de la machine de bobinage rapide mise en oeuvre. Le risque d'éboulement des spires en extrémité se trouve ainsi réduit quasiment à néant en raison, à la fois du caractère très localisé du porte-à-faux que procure le bobinage en spires circulaires, et en raison de la grande stabilité de l'empilementà plat des spires sur le reste du pourtour procuré par le profil à faces planes du fil utilisé. Autrement-dit, une légère déviation éventuelle de la spire d'extrémité reste localisée à l'endroit du décrochement 6 et ne nuit absolument pas à la stabilité de l'ensemble, ni au coefficient de foison nement de l'enroulement réalisé. Du reste, comme le montre la coupe A-A de la figure 2, les couches de spires suivantes viennent encore réduire au besoin les éventuelles vélléités de déviation en bloquant les portions en porte-à-faux par recouvrement partiel. Une fois le bobinage terminé, les flasques guide 7 sont retirés et l'enroulement en galette selon l'invention est prêt à l'emploi. On réalise ainsi sans difficulté ni surcoût des galettes " sur mesure ", directement adaptées aux besoins et prêtes à l'emploi, à partir d'un support d'enroulement constitué d'un simple tube lisse. Bien que spécialement conçue pour la réalisation des enroulements "haute ou moyenne" tension des transformateurs sans isolant d'inter-couches, l'invention s'applique en fait à la réalisation de tout enroulement inductif pouvant être formé par un conducteur électrique filaire de forme "méplate" et pliable. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation exemplifié ci avant, mais s'étend à de multiples variantes ou équivalents dans la mesure où sont respectées ses caractéristiques essentielles données dans les revendications jointes. REVENDICATIONS 1) Enroulement électrique formé par un fil électrique bobiné en spires et destiné à constituer les enroulements haute ou moyenne tension de transformateurs, caractérisé en ce qu'il est constitué par au moins une galette réalisée par un fil électrique (4) ayant une section droite en forme de quadrilatère dont deux faces opposées au moins sont planes et parallèles et bobiné sur ces faces planes en couches concentriques de spires planes juxtaposées (5),dont le passage d'une spire à la suivante sur la même couche s'effectue par un décrochement discret (6) de longueur la plus courte possible, et en tous cas inférieure à la demie-circonférence des spires. 2) Enroulement selon la revendications 1, caractérisé en ce que les spires (5) d'une même couche sont jointives. 3) Enroulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil électrique (4) est un méplat présentant une largeur supérieure à 1.5 fois son épaisseur. 4) Transformateur électrique caractérisé en ce que son étage "moyenne ou haute" tension est constitué d'enroulements conformes à celui défini par la revendication 1.