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Transformateur et son procédé de fabrication
La présente invention est relative à un transformateur électrique de
toute puissance, monophasé ou polyphasé, et à son procédé aie Fabre-
ca lion
On connaît les différentes lagons de réaliser un transformateur:
1 - soit, on commence par réaliser les enroulements électriques,
puis on constitue le circuit magnétique autour aies enroulements
électriques. Ce procédé est celui qui est généralement utilisé en
Europe. Son inconvénient essentiel réside dans la discontinuité du
circuit magnétique (qui est réalisé, soit par enroulement de fouit-
lard et découpe, soit par juxtaposition de places découpées dans
des feuillards), qui constitue un élément fortement négatif pour
atteindre un rendement économique optimal. En outre, le matériau
magnétique est sous utilisé;
2, - soit, on commence par réaliser le circuit magnétique, puis on
bobine les enroulements électriques autour des circuits ainsi of-
tenus. Le bobinage peut cire effectué à l'aide d'une machine à
bobiner ionique, mais cette technique est fort longue, et donc coût
tueuse, et elle eût limitée par les capacités des machines actuelle-
ment disponibles, On peut également réaliser ce bobinage en lai-
Y
~2~3~
sent tourner un support cylindrique autour du circuit magnétique,
en enroulant le fil ou la bande conductrice sur ce support. Cette
technique présente un grand intérêt, mais son développement se
heurte a des difficultés de mise en oeuvre non encore surmontées:
. la vitesse de bobinage reste faible, par suite du faible jeu
support de bobinage circuit magnétique, et de la difficulté à
positionner et stabiliser ces deux éléments, pour cette opération;
les entrées et les sorties des enroulements électriques posent
des problèmes, notamment en ce qui concerne leur localisation,
leur passage au travers des fenêtres des circuits magnétiques
lors du bobinage, et leur protection pendant cette même opéra-
lion;
, le calage, qui est ensuite réalisé, des enroulements électriques
sur le circuit magnétique, reste difficile, et il doit faire appel
à des systèmes mécaniques annexes, compliquer et coûteux La
tenue aux efforts dynamiques, lors des courts-circuits, de l'en-
semble enroulements électriques/circuits magnétiques, vitale
pour le transformateur, dépend de ce calage,
Par ailleurs, dans la mise en oeuvre des deux procédés examinés ci-
dessus, les matériaux ne sont pas employés à leur capacité maximale.
Ces procédés connus ne permettent donc pas de tendre vers le coût
économique le plus faible, aussi bien en ce qui concerne la fabrication
et l'exploitation des transformateurs ainsi réalisés que l'énergie con-
sommée (pertes "Fer" dues vu circuit magnétique, et pertes "cuivre"
dues aux enroulements).
La présente invention se propose de remédier aux inconvénients eu-
posés ci-dessus en apportant un transformateur pouvant être produit
-- 3
rapidement, avec un investissement de production concis
raclement plus faible que celui nécessaire à l'heure actuelle,
se traduisant, par conséquent, par une diminution importante
des prix de revient, ce prix de revient étant encore abaissé
5 par une réduction des coûts de fabrication des enroulements
électriques et des circuits mécaniques. Enfin, le transfère-
mateur objet de cette invention se caractérise par un coût
d'exploitation faible, étant donné que l'invention se prote
particulièrement bien à l'utilisation de matériaux amorphes,
très peu voraces en énergie, tant pour leur fabrication que
pour leur utilisation pour la réalisation des circuits magne-
tiques, ce qui permet, en particulier, d'obtenir des enroule-
monts de faible poids, donc de faible consommation en énergie,
en exploitation.
Selon la présente invention, il est prévu un
transformateur électrique comprenant un circuit magnétique,
et, pour chaque phase, un enroulement électrique comportant
au moins un bobinage, caractérisé en ce que chaque enroulement
électrique est constitué d'un fil ou d'une bande d'un matériau
bon conducteur, notatnment de l'aluminium, enroulé autour d'une
carcasse annulaire en forme de jante, en ce que chaque air-
cuit magnétique es-t constitué d'au moins un circuit élément
taire, réalisé par enroulement d'un feuillard magnétique de
largeur constante, et il comporte une fenêtre pour Fe passage
du ou des enroulements correspondants, qui présenté la forme
d'un polygone irrégulier possédant un axe de symétrie, et en
ce que lesdits circuits magnétiques sont positionnes e-t
maintenus sur un plateau support permettant le passage des
enroulements.
De préférence, les enroulements électriques sont
disposés, jointifs par leur face interne, de manière que les
plans passant par ces faces internes des enroulements forment
un dièdre d'angle 60, les circuits magnétiques embrassant
les enroulements deux par deux, pour chacun d'eux.
y
- fa -
De préférence, la configuration du plateau
est telle qu'il ne constitue pas une spire embrassée
par les enroulements.
Selon la présente invention, il est également prévu
un procédé de fabrication d'un transformateur, consistant à:
- bobiner des circuits magnétiques devant
constituer ultérieurement lesdits circuits magnétiques,
puis les recuire;
- contrôler les caractéristiques dimensionnelles
et magnétiques des circuits;
- parallèlement à ces opérations, réaliser le
plateau support;
- réaliser des chapes destinées au support et à
la fixation des enroulements électriques;
- réaliser des arbres de roulement et les monter
dans les chapes respectives;
- monter les chapes sur le plateau support;
- monter les circuits magnétiques sur le plateau
support;
-- monter des carcasses annulaires de bobinage
des enroulements électriques,
- bobiner les enroulements haute et basse tension
sur chaque carcasse annulaire;
- caler et fixer les enroulements électriques
sur les chapes;
- effectuer les opérations de connexion et de
câblage de l'ensemble obtenu, puis de contrôle.
su.
D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront
de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés, qui
en illustrent: divers exemples de réalisation, dépourvus de tout caraco
tète limitatif. Sur les dessins:
- la Figure 1 est une vue en perspective d'un transformateur de dis-
tribut ion triphasé selon l'invention;
- la Figure 2 est une vue en perspective des trois enroulements le
triques du transformateur selon la Figure l;
- la Figure 3 est une vue en plan de la Figure 2;
- la Figure 4 est une vue en plan d'un transformateur triphasé selon
la Figure l;
- la Figure 5 représente, en plan, le support en forme de plateau du
transformateur selon la Figure 4;
ZOU - les Figures es y sont des vues en coupe verticale, à échelles piffé-
rentes, illustrant deux formes de réalisation des circuits magné-
tiques d'un transformateur selon cette invention;
- les Figures 7 et 8 illustrent deux exemples de réalisation d'un transi
formateur monophasé selon cette invention;
- la Figure 9 est une vue schématique, en perspective, d'un dispositifselon l'invention pour la réalisation d'un enroulement d'un transfère-
mateur objet de cette invention; et,
- la Figure 10 est une vue de dessous illustrant le mode de fixation
d'un enroulement électrique.
!
r
y
33
La Figure 1 représenté, à titre d'exemple non limitatif, un transfère-
mateur triphasé selon l'invention. Ce transformateur comprend es-
sentiellement:
5 - trois circuits magnétiques 10, 12, 14, constitués chacun d'une plu-
rallié de circuits élémentaires, réalisés par exemple par enroule-
ment de rubans de tôlé magnétique;
- trois enroulements électriques haute et basse tension, 11, 13, 15,
constitués chacun d'un fil ou d'une bande d'un métal bon conducteur,
tel que l'aluminium, enroulé autour d'une carcasse annulaire, comme
on le décrira en détail ci-après, et supportés par le même dispos-
tif, pour chacun des couples haute et basse tension;
t
lys - un plateau 16, pour supporter les circuits magnétiques et les enroué
lements électriques; et,
- des moyens de maintien des enroulements (non visibles sur la Fi-
gère 1, mais décrits ci-apr~ea en détail en référence à la Figure 10).
Les enroulements 11, 13, et 15 sont disposés de telle faucon que les
plans comprenant leurs faces internes, 11', 13' et 15' forment des
trièdres d'angle 60, dont le sommets constituent les points de tan-
gerce des enroulements, les axes radiaux des enroulements étant
25 dans un même plan (Figure 3). Selon l'invention, chaque enroulement
électrique, haute ou basse tension, est réalisé à partir d'un fil ou
d'une bande d'aluminium A, enroulée autour d'une carcasse ayant la
forme d'une jante. Chaque enroulement présente une faible largeur,
en regard des largeurs habituelles, et il comporte un faible nombre
y de spires, Les connexions d'entrée et de sortie C de chaque enroule
ment 11, 13 et 15 débouchent dans la surface intérieure de chaque
carcasse annulaire d'enroulement (Fig. 2).
Le circuit magnétique de transformateur illustré par les Figures 1 à
5 est donc constitué de trois éléments strictement identiques, 10, 12,
14, venant, pour chacun d'eux, embrasser deux enroulements corsé-
outils, La fenêtre 18, 20, 22, respectivement, de chaque circuit ma-
5 génétique élémentaire 10, 12, y est constituée d'un polygone irrigué
lier, de six celés dans cet exemple de réalisation non limitatif, mais
qui possède un axe de symétrie. Comme on peut le voir sur la Figure
a, les axes de symétrie de chacune des fenêtres passent par un point
commun P, qui est aussi le point de concours des axes de chaque en-
1 0 roulement.
Chaque circuit magnétique, tel que 10, 12, y est constitué de air-
cuits élémentaires, fabriqués par exemple par enroulement autour
d'une forme de bobinage d'un feuillard magnétique, par exemple en
15 matériaux amorphes, de largeur constante. Les circuits sont dispos
ses sur le plateau support 16, par empilage de leurs composants été-
dentaires, qui sont immobilisés, par exemple, à laie de points de
colle. Ires circuits magnétiques ne sont à aucun moment en contact
permanent avec les enroulements 11, 13, 15, ou avec leurs support.
20 Ils ne sont donc pas soumis à des efforts tlynamiques, les seules con-
traites qui exercent sur eux étant celles dues à leur propre poids.
L'invention permet de réaliser des éléments de circuit magnétique de
dimensions différentes, mais de largeur constante, ce qui présente
un avantage certain, notamment lorsqu'on utilise des matériaux
25 amorphes (possibilité de stocker une seule largeur, pour fabriquer
des transformateurs de puissances différentes).
La section de chaque circuit magnétique peut s'inscrire dans un demi-
cercle (Fig. 6 et apport exemple, cette section peut être en gradins,
30 gomme représenté sur la Figure 6, cette section pouvant cire obtenue
par enroulements successifs de rubans de matériau magnétique de fer-
peur définie, Cette section peut cire également polygonale, comme
illustré par la Figure fa où l'on a représenté deux circuits magné-
1, .
7~2~39113
s tiques lova, a de section polygonale embrassant un enroulement
fia. Dans ce cas, la section polygonale peut être obtenue par enroué
liment de feuillards de forme polygonale, enroulés selon leur grand
axe, ces feuillards polygonaux étant généralement réalisés par ne-
fendage en biais de feuillards à bords parallèles. On peut, sans son-
tir du cadre de l'invention, prévoir toute autre forme de section que
celles illustrées par les Figures 6 et fa.
Le plateau support 16 recevant les circuits magnétiques 10, 12, 14
est réalisé sous la forme d'une plaque métallique d'épaisseur suffi-
sente pour supporter le poids des circuits magnétiques et des enroué
lements, sans subir de déformations Comme on peut le voir sur la
Figure 5, la forme de ce plateau support 16 est telle quelle enveloppe
le contour extérieur des circuits magnétiques 10, 12, 14, et elle pré-
sente trois évidements ouverts sur l'extérieur, 22, 24, 26, afin que
le plateau support ne constitue pas, pour chaque enroulement, une
spire parasite d'influence néfaste.
Les circuits magnétiques sont maintenus sur le plateau support par
tout moyen approprié s'opposant à leur glissement, par exemple par
des taquets (non représentés sur le dessin).
On décrira maintenant les moyens prévus par l'invention pour support
ter le enroulements 11, 13 et 15, en se référant plus particulière-
S ment aux Figures 9 et 10, la Figure 10 étant une vue du dessous du
plateau support 16, c'est-à-dire en position retournée par rapport
à la Figure 1,
Dans cet exemple de réalisation non limitatif, ces moyens comportent,
pour chaque enroulement tel que 11, une chape 28, réalisée à l'aide
d'une tôlé pliée, qui vient coiffer la partie de l'enroulement qui fait
saillie sous le plateau support 16, comme on le voit sur la Figure y
~2~3~3~
Cette chape 28 est fixée sur le plateau 16, et elle comporte, en par-
lie basse (la Figure 10 étant en position retournée par rapport à la
position effective), deux axes de roulement 30 et 30' sur lesquels
repose la carcasse annulaire de l'enroulement 11. Ces axes toril-
5 tonnent dans la chape 28, et ils permettent donc à la carcasse del enroulement 11 de tourner par rapport à cette chape, ce qui assure
un positionne ment axial et radial de chaque carcasse, et donc de
chaque enroulement correspondant, tel que 11, par rapport au pic-
, tenu 16. On solidarise ensuite la carcasse de chaque enroulement,
10 tel que 11, au plateau support 16, pour que les différents enroulements soient positionnes avec précision par rapport aux circuits magné-
tiques. A cet effet, on peut prévoir des cubes de fixation 32, 32', qui
se fixent sur le plateau y et sur les joues de carcasses des enroué
lements.
la chape 28 peut cire utilisée, selon l'invention, pour réaliser l'en-
roulement des hardes ou fils de matériau conducteur sur les carcasses
annulaires, comme on l'a représenté sur la Figure 9
!
20 Le bobinage des enroulements s'effectue, en effet, en faisant subir a
la carcasse il Ulm mouvement de rotation sur les arbres 30 et 30', à
l'aide d'un moto-réducteur 34 entraînaient un arbre 36, recouvert par
exemple de caoutchouc, qui est appliqué sur la périphérie aies deux
joues de la carcasse. L'enroulement de la bande B du matériau con-
25 docteur (aluminium, de préférence) et de ses bandes isolantes I estcontralé à l'aide d'un compteur électronique 38, actionné par un dé-
lecteur magnétique 40, positionné dans un logement 40' pratiqué dans
la chape 28, qui est excité par une pastille métallique de comptage 42,
fixée sur la joue extérieure de la carcasse. Cette disposition permet
30 une réalisation ires précise de chaque enroulement du transformateur
objet de l'invention On peut associer à ce dispositif un micro-
proue s s our, qui a s s une une no boit sa lion de l ' en s omble de s osé ration s .
i! 9
',
Le dispositif qui vient d'être décrit permet de réaliser des ensembles
enroulernents-carcasses mécaniquement tri robustes, supportant les
efforts électrodynamiques lors des courts-circuits.
Les carcasses annulaires sur lesquelles sont bobinés les enroulements
peuvent être réalisées de diverses lagons. Elles peuvent être Conti-
tuées, par exemple, de deux joues ou flasques latéraux munis chacun
d'un évidement axial comportant un épaulement, de manière à pouvoir
enrouler, autour des épaulements, une bande isolante qui constitue
l'axe de la carcasse. On réalise ainsi une bobine à aise isolant, ce qui
assure une continuité de l'isolement des enroulements en regard des
portions de circuit magnétique intérieur à chaque roulement, ce qui
constitue un avantage important par rapport aux dispositifs selon la
technique antérieure, où cet avantage est obtenu à l'aide d'embolte-
monts coûteux et fragiles.
Les différentes étapes du procédé de réalisation d'un transformateur
selon cette invention sont les suivantes:
1 bobinage des circuits magnétique élémentaires destinés à cons-
tiquer ultérieurement le circuits 10, 12, 14;
2 - recuit des circuits magnétiques élémentaires ainsi réalisés;
3 - contrôle des caractéristiques des circuits:
. magnétiques (mesure des FA et des watts );
. dimensionnelles;
4 - parallèlement aux opérations ci-dessus, réalisation, successive-
ment, du découpage du plateau support 16, du percale des évide-
monts 22, 24, 26 dans ce plateau, de son ébavurage et de la fixa-
lion d'un isolant éventuel, afin d'éviter la mise en court-circuit
des spires des circuits magnétiques reposant sur le plateau;
.
10 ~æ;~9390
5 - découpe et pliage des chapes 28 supportant les enroulements 11,
13, 15;
6 - réalisation des arbres de roulement 30, 30', et montage de ces
arbres dans les chapes 28 respective;
7- montage des chapes 28 sur le plateau 16, destiné a supporter les
circuits magnétiques;
8 - montage des circuits magnétiques 10, 12, 14 sur le plateau su-
port 16;
9 - montage deus carcasses annulaires de bobinage des enroulements;
10 -bobinage des enroulement 11, 13, 15 haute et bauge tentic~rl
11 -calage et fixation des enroulements 11, 13, 15 sur les chapes 28,
par exemple à l'aide de systannes tel que les cubes de fixation 32,
32' décrits ci-dessus;
12 - contrôle, et, dans le cas d'un transformateur en cuve immergé:
. séchage, par passage en étuve (cette opération s'effectue iras
rapidement, en raison de l'absence de toute pièce en bois, ce
qui permet d'économiser à la fois de l'énergie et du temps);
mise en cuve, exécution du câblage (assemblage mécanique vis-
écrous ou cosses enfichable);
, mise sous vide, remplissage d huile, et,
. contrôle final.
30 L'invention n'est pas limitée à la réalisation de transformateurs polo-
phases Elle permet en effet de réaliser, de la même faucon que décrit
ci-dessus, des transformateurs monophasés.
39~
1 1
. La Figure 7 représente un exemple de réalisation d'un transforma-
leur monophasé selon la présente invention, qui comporte un circuit
magnétique 44 et deux enroulements électriques 46, 46', et la Figure
8 représente un exerrlple de réalisation d'un transformateur mono-
5 phase selon l'invention qui comporte deux circuits magnétiques 48,
48', et un seul enroulement électrique 50.
Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée
aux divers exemples de réalisation décrits atout représentés ici,
10 mais quelle en englobe toute: I-s variantes
