Brevet FR2963507A1 — publié le 20120203

La présente invention concerne un transformateur permettant de convertir une alimentation électrique triphasée équilibrée en une alimentation monophasée de même fréquence ou inversement une alimentation électrique monophasée en une alimentation triphasée de même fréquence. La conversion d'électricité triphasé / monophasé se fait traditionnellement à l'aide de montages associant plusieurs convertisseurs élémentaires, monophasés ou triphasés, et/ou en incluant des composants d'électronique de puissance. Ces montages sont lourds, complexes, ils n'assurent pas l'équilibrage du système triphasé à toutes les puissances de charge, d'un rendement non optimal et d'une fiabilité perfectible. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. La conversion électrique se fait directement grâce à la géométrie tridimensionnelle du circuit en matériaux magnétiques formant une simple 10 cage. Le transformateur est composé de deux bagues (toriques), trois barreaux comportant chacun l'enroulement du système triphasé et deux tiges comportant chacune un enroulement parcouru par le courant monophasé et déphasées entre elles de rr/2. Les deux bagues disposées horizontalement, l'une au dessus de l'autre, sont reliées mécaniquement et donc magnétiquement par les trois barreaux, disposés verticalement et espacés d'un angle de 27i/3. Les deux tiges monophasées disposées horizontalement sont également reliées chacune à une bague de 15 façon à être, vue de dessus, disposées orthogonalement l'une de l'autre. En fonctionnement, le champ magnétique tournant induit dans la cage est canalisé par les deux bagues, reliées d'un côté par les trois barreaux formant le système triphasé et de l'autre aux tiges monophasées, répartissant de façon symétrique et équilibrée l'énergie. Selon des modes particuliers de réalisation : 20 - Pour le transformateur de courant triphasé en monophasé, l'enroulement d'une des deux tiges est inutilisé en circuit ouvert, l'enroulement est supprimé en laissant en place la tige ou encore la tige et son enroulement sont supprimés. - Pour le transformateur de courant triphasé en monophasé, une bague et sa tige peuvent être supprimées en reliant les trois barreaux, formant le sommet d'un cône dont la base est alors constituée par l'autre bague munie 25 de sa tige. - Pour la transformation du courant monophasé en triphasé, une capacité de valeur adéquate est intercalée dans le circuit d'alimentation entre les enroulements des deux tiges afin de déphaser de 7r/2 les deux champs induits. Ce déphasage peut être directement créé par l'étage onduleur disposé en amont après une alimentation continue. - Le secondaire du transformateur monophasé/triphasé est simplement supprimé. Les trois barreaux, toujours 30 reliés aux bagues par leurs deux extrémités, forment entre celles-ci les trois pôles du stator d'un moteur synchrone ou asynchrone dont le rotor est disposé au centre de la cage. - Dans le montage précédent, le nombre de barreaux formant les pôles est simplement supérieur, permettant une meilleure rotation du moteur synchrone ou asynchrone. - Les angles entre les barreaux ou les tiges sont différents pour permettre un équilibrage optimal de l'énergie. 35 - Le dispositif est alimenté par des batteries d'accumulateurs dont le courant continu produit est transformé par un étage hacheur ou onduleur. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente le dispositif de l'invention en trois dimensions. La figure 2 représente le dispositif de l'invention en vue de dessus. A titre d'exemple non limitatif, les applications du dispositif sont : - Alimentation d'un moteur synchrone ou asynchrone triphasé à partir d'un réseau monophasé. - Alimentation d'un moteur synchrone ou asynchrone triphasé à partir de batteries d'accumulateurs, suivies d'un étage onduleur de type continu/monophasé. - Alimentation d'un moteur à courant continu, précédé d'un étage de conversion de puissance de type redresseur triphasé/monophasé. - Répartition équilibrée d'une charge monophasée prélevée sur un réseau triphasé. - Équilibrage d'un système triphasé déséquilibré par montage en série de deux transformateurs. A titre d'exemple non limitatif, les avantages du dispositif sont : - Gain de fiabilité par suppression ou simplification de l'étage de conversion de puissance pour l'alimentation des moteurs électriques. - Gain de fiabilité par limitation du nombre de composants d'électronique de puissance et par simplification de l'étage de commande. - Augmentation du rendement par conversion directe de l'énergie (suppression des pertes par commutation des 15 composants électrotechniques notamment). - Augmentation de la puissance disponible par répartition uniforme de la charge sur l'alimentation. - Limitation du bruit résultant d'une l'alimentation triphasée déséquilibrée. - Alimentation de moteurs triphasés par des batteries et restitution de l'énergie en courant continu dans les phases de freinage (montage réversible : Batteries/Onduleur-Redresseur/Transformateur/Moteur triphasé)... REVENDICATIONS1) Transformateur d'électricité formé par une structure, en matériaux magnétiques, dont la forme tridimensionnelle, en cage, canalise l'énergie. Le primaire est constitué par les enroulements entourant les trois barreaux verticaux (3) de la cage, ces barreaux sont fixés de façon symétrique, espacés chacun l'un de l'autre de 2n/3, sur deux bagues (1) placées horizontalement pour former la cage, le secondaire est constitué par les enroulements entourant les deux tiges (2) fixées chacune horizontalement à une bague de façon à être disposées orthogonalement l'une de l'autre en vue de dessus. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux tiges horizontales sont utilisées cette fois comme le primaire du transformateur, les deux courants monophasés parcourant chacun l'enroulement d'une des deux tiges (2), sont décalés temporellement d'environ rz/2. Le secondaire, alors formé par les enroulements portés par les trois barreaux, produit un système triphasé équilibré qui est utilisé comme source électrique. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par l'utilisation directe des barreaux du secondaire et de leur champ magnétique induit comme stator d'un moteur triphasé ; les barreaux du secondaire, dont le nombre peut ici être supérieur à trois, sont alors dépourvus d'enroulements et le champ magnétique dont ils sont le siège forme un champ tournant qui est utilisé pour mettre en mouvement un rotor synchrone ou asynchrone disposé au centre de la cage. 4) Utilisation du dispositif selon la revendication 2 ou 3 pour alimenter un moteur électrique synchrone ou asynchrone caractérisé en ce qu'une alimentation monophasée fournie par une batterie d'accumulateurs, suivie d'un onduleur, alimente le dispositif.