Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
" PROCEDE ET DISPOSITIF DE BO~INAGE DES ENROULEMENTS INDUCTIFS
EQUIPANT LES APPAREILS ELECTRIQUES, TELS QUE L~S TRANSFORMATEURS "
, _, . . .. .
La présente invention se situe dans le domaine de la construc-
tion d'appareils électriques induc-tifs, notamment de type statique, tels
que les transformateurs.
Plus précisément, l'invention concerne la réalisation du bo-
binage des enroulements inductifs équipant les appareils précités et
spécialement, mais non exclusivement, le bobinage des enroulements mo-
yenne ou haute tension des transformateurs.
On sait qu'une pratique courante de bobinage des enroulements
des transformateurs consiste à enrouler un ou plusieurs fils électro-
conducteurs, généralement en cuivre, autour et le long d'un supportd'enroulement selon une structure de type "solénoide" à spires Jointives
formant une couche annulaire. Généralement, on reproduit cette opéra-
tion élémentaire plusieurs fois de suite pour aboutir à un enroulement
complet dont l'agencement se présente sous la forme d'une bobine cy-
lindrique composée de plusieurs couches annulaires concentriques.
On sait également, qu'en plus du gainage d'origine du fil decuivre par une pellicule de vernis isolant, on est amené, au cours du
bobinage, à interposer entre les couches concentriques des nappes de
séparation en matériau isolant de l'électricité, généralement à base
de feuilles de papier.
On rappelle que ces nappes isolantes'rapportées ont essentiel-
lement deux fonctions: d'une part, éviter des claquages entre spires
électriquement éloignées l'une de l'autre, mais immédiatement voisines
sur deux couches adJacentes, lorsqu'on applique à l'entrée de l'enrou-
lement la tension de travail nominale; d'autre part et surtout, à as-
surer une bonne tenue lors de surtensions brutales dues, par exemple,
aux coups de foudre.
A cet égard, les essais habituels de simulation, dits "essais
aux ondes de choc", et qui consistent à appliquer à l'entrée du trans-
formateur une onde de tension à fronts raides de durée très brève etde très forte amplitude,sont, dans certains C3S, menés sous unetension
contractuelle plus de cinq fois supérieure à la tenslon nominale du
6~33
transformateur Comparativement, les essais de seuil de claquage en
fonctionnement normal s'opèrent à une tension seulement double de la
tension nominale~
On comprend, au travers de ces quelques indications chiffrées,
que l'isolation inter-couche à prévoir pour la tenue aux ondes de choc
doit aller bien au-delà de celle qui serait nécessaire lorsque l'appa-
reil se trouve dans les conditions normales d'exploitation et qui sou-
vent pourrait être satisfaite par le seul conditionnement du fil con-
ducteur~
Il est connu que ces contraintes résultent du fait. que les
enroulements présentent aux ondes de tension à fronts raides une pré-
dominance capacitive ayant pour origine un réseau relativement com-
plexe de capacités en.série et de capacités en parallèleO
On a pu ainsi mettre en évidence que ces dernières condui-
sent à une distribution initiale de forme exponentielle de la ten-
sion le long de l'enroulement, avec un gradient de tension très accen-
tué sur les premières spires proches de l'extrémité de l'enroulement
qui re~coit l'onde de choc.
On comprend donc tout l'intérêt, et c'est là le but de l'in-
vention, de pouvoir prendre des mesures pour éviter une isolation sura-
bontante. Autrement dit, l'invention ~ise à ' parvenir à une struc-
ture d'enroulement dans laquelle les capacités en parallèle,responsa-
bles des concentrations de contraintes électriques précitées, soient
suffisamment réduites pour obtenir un amortissement sensiblement uni-
forme et linéaire de la tension le lohg de l'enroulement.
Un autre but'de l'invention est de réaliser un enroulement ca-
pable de répondre aux exigences prémentionnées dans des conditions de
production industrielle.
Avec ces ob~ectifs en vue, l'invention a pour obJet un procé-
dé de bobinage des enroulements inductifs équipant les appareils élec-
triques, notamment les appareils statiques, tels que les transforma-
teurs, enroulements constitués par au moins un fil électroconducteur
enroulé autour et le long d'un support d'enroulement en spires Jointi-
ves formant une bobine cylindrique multicouche , procédé caractérisé en
ce que:
- on dispose le support d'enroulement verticalement et on : -
l'entoure à distance d'un fourreau coaxial de manière à ménager entre-
6'iJ33
-eux un espace annulaire de réception du fil, et dont le fond est ob-
turé au moins temporairement,
- on introduit le fil électroconducteur dans ledit espace
par le haut et on fixe l'extrémité du fil dans le fond de l'espace,
de préférence sur le support d'enroulement;
- puis, afin de déposer le fil sous forme de spires de dia-
mètre voulu, on amène en continu le fil dans l'espace de réception
tout en lui imprimant un mouvement relatif de rotation autour du sup-
port d'enroulement, ces deux opérations étant effectuées conJointement
de façon à respecter à tout moment la relation suivante:
~V~ D~2d(a~
~Wli
où V représente la vitesse d'amenée du fil dans l'espace de réception
(en m/s),
où W représente la vitesse du mouvement relatif de rotation du fil au-
tour du support d'enroulement (en t/s),
où D représente le diamètre du fil (en m)~
et ai représente le rang,entre le support d'enroulement et le fourreau
coaxial~de la spire en forma~ioni à compter à partir du support d'enrou-
lement.
Conformément à une mise en oeuvre préférée, on imprime au filun mouvement relatif de rotation autour du support d'enroulement en fai-
sant tourner ce dernier autour de son axe.
Conformément à une autre variante préférée de mise en oeuvre,
on maintient constante la vitesse V d'amenée du fil dans l'espace de ré-
ception et on régule la vitesse Widu mouvement relatif d'enroulement du
fil autour du support d'enroulement en fonction du rang de la spire en
formation selon la relation suivante:
~~~D+2d (ai-1))
L'invention a également pour obJet un dispositif pour la mise
en oeuvre du procédé caractérisé en ce qu'il comprend une bobineuse pré-
sentant:
- un plateau horizontal pour recevoir le support d'enroule-
ment et le fourreau coaxial entourant ce dernier à distance, ce plateaupouvant être entralné en rotation sur lui-même à vitesse variable,
;~zo~
- et une unlté d'amenee du ~il dans l'espace de réception mé-
nagé entre le support d'enroulement et le fourreau, unité équipée,
d'une part, d'un système d'en~ra~nement du fil et, d'autre part, d'un
moyen de guidage du fil, notamment un tube, monté à la sortle dudit
système d'entralnement et qui ~élivre le fil dans l'espace de récep-
tion.
Conformement à une réalisation préférée, l'unité d'amenée
du fil est constituée par un équipage mobile en translation verticale
et réglable en hauteur.
Dans sa forme de réalisation la plu~ complète9 le dispositif
selon l'invention est constitué par:
- une bobineuse comprenant:
. un plateau horizontal animé en rotation sur lui-même par un moteur à
vitesse variable, et destiné à supporter le support d'enroulement et
le fourreau coaxiall
. une unité d'amenée du fil placée au-dessus du plateau et constituant
un équipage mobile en translation verticale monté sur des colonnes de
guidage, ladite unité comprenant, d'une part, un système à galets d'en-
tralnement du fil animé par un moteur à vitesse variable et, d'autre
part, un tube guide monté à la'sortie du système à galets et délivrant
le fil dans l'espace annulaire ménagé entre le support d'enroulement
et le fourreau à une hauteur réglable à l'aide d'un moteur de règlage
en hauteur de l'équipage mobile,
- une unité de commande des moteurs de la bobineuse compre-
nant des variateurs électroniques de vitesse- pour chacun des moteurs,
et un sélecteur de vitesse permettant de régler à une valeur de con-
signe la vitesse du moteur animant le plateau ou du moteur animant le
système à galets,
- une unité de pilotage du moteur, parmi les deux précités,
non-commandé par le sélecteur de vitesse, cette unité étant constituée
par un automate programmable, programmé pour piloter ledit moteur selon
l'une ou l'autre des relations suivantes:
V~ (D+Zd (ai~ W ou W~
II~D+2d (ai-l))
selon que, respectivement, la consigne de vitesse commande le moteur
actionnant le système à galets ou le moteur du plateau.
Dans ces relations, les mêmes variables ou paramètres re-
~Z~ 33
présentent les mêmes grandeurs que dans les relations données aupara-
vant.
Comme on l'aura sans doute dé~à compris, l'lnvention s'ap-
puie sur la loi cinématique bien connue qui lie entre-elles la vitesse
linéaire et la vitesse angulaire d'un mouvement circulaire en fonc-
tion du rayon de la traJectoire
L'invention fait application de cette loi en opérant un syn-
chronisme entre la vitesse d'amenée du fil et sa vitesse d'enroulement
en spires, synchronisme aJusté pour imposer une valeur voulue et pré-
déterminée au diamètre de la spire en formation en modulant l'une desvitesses par rapport à l'autre maintenue fixe.
A partir de là, cette valeur est régulée dans le temps au
cours du bobinage pour parvenir à un enroulement agencé en un empi-
lage de galettes constituées chacune par bobine plate spiralée qui se
développe radialement alternativement dans le sens centrifuge et dans
le sens centripète quand on passe d'une galette à la suivante.
On aboutit ainsi à une structure d'enroulement ayant un nom-
bre de spires minimal par couche, d'où il résulte une capacité répartie
très faible du circuit électrique et, partant, un amortissement très
étalé des impulsions de tension à front raide dans l'ensemble du bobi
nage.
Il doit être souligné que la structure d'enroulement obtenue
ne saurait être parfaitement celle d'une structure idéale à galettes
bien definies et individualisées placées les unes sur les autres, mais
s'en approche très sensiblement.
En revanche9 l'invention ~éalise une méthode de bobinage de
nature à répondre aux critères propres des techniques industrielles de
production,autrement difficilement envisageable, du moins dans l'état
actuel des connaissances, pour obtenir la structure d'enroulement idéa-
lement ordonnée évoquée ci-dessus.
Les résultats d'essais mené~ par les inventeurs montrent
qu'en fait l'ordre d'empilage recherché est respecté à moyenne et gran-
de distance, moyennant un certain mélange des galettes à courte distan-
ce, c'est-à-dire limité pratiquement à quelques spires appartenant à
deux galettes voisines.
Malgré cet écart à l'idéalité, les résultats et avantages que
l'on peut tirer de l'invention, tant sur le plan technique qu'indus-
~06'~33
triel et économlque, sont nombreux e~ importants. On peut citer, par-
-exemple: la remontée du seuil de claquage en marche normale, ou une
tenue très améliorée aux essais à "ondes de choc" due à une capacité
répartie dans l'intégralité de l'enroulement d'une qualité telle que
l'on peut se passer d'isolation intercouche.
Il en résulte, en outre, des avantages induits comme notam-
ment l'économie de matière première et de main d'oeuvre, l'allègement
et le moindre encombrement de l'appareil terminé, ou la plus grande
rapidité de fabrication grâce aux possibilités offertes d'une automa-
tisation totale ou quasi-totale assistée par ordinateur.
L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avan-
tages apparaltront plus clairement au vu de la description qui suit
donnée à titre d'exemple et en référence aux planches de dessins an-
nexées, sur lesquelles:
- la figure 1 montre une vue d'ensemble d'un dispositi~ de
bobinage le plus complet que sachent faire les inventeurs et permettant
de réaliser des enroulements de transformateurs. Le premier plan repré-
sente la bobineuse. Les annexes de commande et de pilotage sont illus-
trés symboliquement sur la partie droite de la ~igure.
- la figure 2 est un schéma synoptique mon~rant le montage
électrique pour la commande du dispositif de bobinage de la figure 1.
--les figures 3 et 4 sont des diagrammes montra~t respective-
ment les courbes de~vitesse d'enroulement et d'amenée du fil en fonction
du nombre de spires deposées, selon deux variantes opérationnelles dif-
férentes.
L'appareil de la figure 1 se compose d'une bobineuse 1 pilo-
tée par un automate programmable 2 par l'intermédiaire d'une unité de
commande 3.
On décrit à présent chacun des composants précités~
La bobineuse comprend un bâti 4 dont la partie supérieure
plane constitue une table de travail 5. Celle-ci comportë un plateau
horizontal 6 et supporte un équipage 7 mobile en translation verticale
sur deux colonnes de guidage 8, 8' fixées dans une double chape 9.
Le plateau 6 est animé en rotation sur son axe vertical 10
par une courroie 11 mue ~ar un pignon 12 et formant un couple de dé-
multiplication actionné par un moteur (Mp) 13 à vitesse variable es-
~,
;3 3
camoté dans le bâti.
Comme on le voit, un corps cylindrique 14, constituant le
support d'enroulement, est posé verticalement sur le plateau 6 en
étant centré sur l'axe de rotation 10.
Conformément à l'invention, le support d'enroulement 14 est
entouré à distance par un fourreau coaxial 15 définissant entre-eux un
espace annulaire 16 destiné à recevoir l'enroulement.
Cet espace est fermé à sa base par la surface du plateau 6 et
son extrémité-supérieure est laissée ouverte pour l'introduction du
fil électrique à bobiner
L'équipage mobile 7 constitue une unité d'amenée de ce fil
électrique, visible en 17, dans l'espace d'enroulement 16 à partir d'un
dévidoir classique,non représenté pour ne pas surcharger inutilement la
figure.
Cet équipage est conformé en boltier dépourvu de faces laté-
rales. La face frontale 41 comporte deux paires identiques de galets 19,
19' disposées l'une au-dessus de l'autre et entralnant,par l'intermé-
diaire de deux courroies de guidage 20, 20' 9 le fil 17 du haut vers le
bas dans le sens indiqué par la flèche. La face verticale arrière 21~.
20 'du boltier est équipée de deux manchons 2~, 22' coulissant sur les co-
lonnes 8, 8' et d'une bague taraudée 9 non visible, prise dans une vis
sans fin verticale 23. Cette vis est mue par un moteur (Mg) 24 assu-
rant le réglage en hauteur de l'équipage mobile 7 et monté sur une
plate-forme 25 fixée à l'extrémité des colonnes 8, 8'.
Les galets 19, 19' sont actionnés en rotation par un moteur
(Mf) 26 à vitesse variabl~ fixé à l'arrière d'un flasque support 27
placé entre les faces avant 41 et arrière 21 de l'équipage 7.
A cet effet, la face avant du flasque porte les organes de
transmission du mouvement par démultiplication, comprenant, comme on
le voit, une courroie 28 reliant un petit pignon entrainant 29 à un pi-
gnon entrainé 30~ lequel, par un Jeu d'engrenages non visible, actionne
les galets supérieurs 19 qui, à leur tour entrainent les galets infé-
rieurs grâce aux courroies 20 et 20'.
Le flasque 27 est rapporté à distance sur la face avant 41 a
l'aide d'entretoises de fixation 31. Par ailleurs, la face frontale 41
est elle-même maintenue entre deux plaques horizontales respectivement
supérleure 32 et inférieure 33 réalisées par pliage de la face arrière21.
73~
Comme on le voit, chaque plaque 32, 33 pré~ente à son extré-
mité avant un tube sensiblement verticalj respectivement 34, 35, pour
le guidage du fil électroconducteur 17.
Le tube guide 34'de la plaque superieure constitue un moyen
de réception du fil à partir du dévidoir (non représenté) et le délivre,
à son ouverture inférieure, à l'entrée du ~eu de galets d'entra~nement
19, 19' entre les brins intérleurs des courro~es de transport 20, 20'.
Le tube guide 35 est centré à la sortie du Jeu de galets,dont
il reçoit le fil 17 par son extrémité ouverte supérieure et le délivre
10 par son extrémité inférieure. Celle-ci débouche dans l'espace de récep-
tion 16 en imprimant au fil une tra~ectoire tangentielle préformée en
spire grâce à sa part-ie terminale 36 coudée à l'horizontale dans le
sens de rotation du plateau 6 et repliée en direction de l'axe 10 du
plateau en épousant la courbure de llespace 16. Csmme on le voit~ cette
15 partie terminale 36 présente une double courbure en "S" dont la forme
et le rôle seront précisés à la fin.
Cet ensemble est complété par trois tachymètres 37, 38 et 39
équipant chacun un moteur, et un codeur incrémental 40 monté en bout
d'arbre du moteur (Mf) 26 d'entraInement du fil.
Enfin, une bolte de connexion électrique, symbolisée en 58
sur le flan du chassis 49 relie la bobineuse à ses annexes, que sont
l'unité de commande 3 et l'automate programmable 2 pilotan~ le tout.
On a schématisé sur ce dernier le clavier 42 d'entrée des
paramètres de marche de la boblneuse et en 43 les ecrans d'affichage des
25 caractéristiques de fonctionnement. Cet automate a été programmé pour
lui permettre de contrôler le fonctionnement de la bobineuse conformé-
ment au procédé selon l'invention e~ qui sera décrit par la suite.
L'unité de commande 3 comporte trois sous-ensembles 449 45 et
46 qui représentent des variateurs électroniques de vitesse contrôlant
30 la marche des moteurs de la bobineuse. Comme on le voit en détaîl sur
la figure 2, ces variateurs sont constitués chacun par une boucl~ de ré-
gulation comprenant un comparateur 47, 48, 49 dont la sortie est'reliée
au moteur et dont une entrée est reliée au tachymètre du moteur consi-
déré et l'autre entrée reçoit une consigne representative de la vitesse
à appliquer audit moteur. Dans l'exemple tel que representé, les consi-
gnes respectives des moteurs (Mp) 13 et ~Mg) 24 sont élaborés par l'auto-
mate programmable 2 après mi~e en forme des signaux dans des conve~ sseurs
numérique/analogique 50,51; alors que pour le moteur (Mf) 26 d'entra;ne-
ment du fil,la consigne est fournie par un sélecteur manuel de vitesse 52.
~v~ o~
Ce sélecteur est un potentiomètre à plots per-
mettant de régler la vitesse du moteur à une valeur de référence choi-
sie à l'avance.
Par ailleurs, l'automate 2 reçoit sur ces entrées "contrôl
process", d'une part, un si~nal (F) représentatif de la vitesse du mo-
teur (Mf) 26 d'entralnement du fil fourni par le codeur incrémental 40
et, d'autre part, deux signaux (P) et (~) représentatifs, à chaque ins-
tant,du nombre de tours effectués respectivement par le moteur (Mp) 13
d'entralnement du plate~u 6 et du moteur (Mg) 24 de réglage en hauteur
de l'équipage mobile 7, ces deux signaux étant fournis par des inté-
grateurs 53 et 54.
Il est clair que les grandeurs (P) et (~I.) son.t directement liées
respectivement au nombre de tours effec~ués par le plateau (donc au
nombre de spires déposées) et à la position en hauteur de l'extrémité (36)
du tube de guidage 35 (donc du nombre de galettes réalisées), et que
l'automate 2 sera à même de calculer
Il en est de meme d'ailleurs-du si~nal~FJdélivré par le co-
deur 40 en tant que donnée pour le calcul de la vitesse in~tantanée
d'amenée du fil, notée V sur la figure 1.
Ces précisions étant données, on va pouvoir maintenant décri-
re le fonctionnement du dispositif conformément au procédé selon l'in-
vention.
L'opération préliminaire consiste à centrer le support d'en-
roulement 14 sur le plateau rotatif 6 et à ancrer le fil 17 par son
extrémité libre à la base de ce support par tout moyen approprié, par-
-exemple à l'aide d'une simple f~nte prévue dans le support 14.
On place alors le fourreau coaxial 15 autour du support 14
comme l.e montre la figure 1 pour confiner latéralement l'espace de ré-
ception 16 de l'enroulement à réaliser. Puis on centre latéralement
l'équipage mobile 7 pour placer le tube guide 35 à mi-distance entre
le support 14 et le fourreau 15, et on positionne en position basse
l'équipage mobile 7 de manière que l'extrémité coudée 36 du tube-gui-
de 35 débouche au voisinage du point d'ancrage du fil 17.
Cette opération, bien que non indispensable est toutefois
conseillée~car elle procure un meilleur controle de la dépose des spi-
res en limitant la .course libre du fil 17 à la sortie du tube 35. On
tend enfin le fil 17 par une légère traction en amont du tube d'arrivée
~2~'733
1~ .
34 et la bobineuse est alors prête à ~onctionner.
Pour réaliser un bobinage conformément à la méthode selon
l'invention~l'opérateur entre dans l'au~omate 2 les constantes de mar-
che par l'intermédiaire du clavier 42 en façade de ce dernier.
Ces constantes sont en l'occurence le diamètre d du fil 17,
le diamètre extérieur D du support d'enroulement 14, le diamètre inté-
rieur ~ du fourreau 15, le diamètre ~r des galets d'entralnement 19,
19', le nombre total G de galettes à réaliser et la vitesse V d'amenée
du fil 17 dans l'espace de réception 16~
Avec ces données, le programme mémorisé par l'automate 2 cal-
cule, d'une part, le nombre n~de spires par galette (soit n= ~ ) et,
d'autre part, la vitesse ~ de rotation à imprimer au moteur (Mf) 26
d'entra;nement des galets 19, 19' (soit rL=f(V,~),où f est une fonction
représentative des caractéristiques cinématiques du train de transmis-
sion 28, 29j 30 et qui peut être traduite en logique cablée au se;n
de l'automate).
Les résultats obtenus sont stokés en mémoire de travail et le
programme élabore alors une fonction vitesse W représentative de la
vitesse instantanée de rotation à imprimer au plateau 6,donc éga~ement
de la vitesse d'enroulement au fil ~ans l'espace 16.
Cette fonction, qui permet à l'automate 2 de piloter en temps
réel le processus de bobinage, s'écrit:
W- V
~ D+2d(ai-1r)
On précise à nouveau ici que ai est une variable à valeur
entière indiquaht le rang voulu de la i ème spire dans la galette ~n
formation dans l'espace de réception 16 et compté à partir du support
d'enroulement 14~1'incrément i allant donc de 1 à n, et inversement.
Les valeurs prises par la variable discrete ai sont obtenues
en continu par le reste (r~ de la division entre les valeurs du signal
(P) et du signal (H), soit directement si (H1 est impair, soit par le
complément à n~si (H) est d'ordre pair.
On comprend que ces dispositions résultent du fait que, l'ex-
trémité du fil 17 étant ancrée sur le support d'enroulement 149 la pre-
mière galette qui se forme est une spirale se développant radialementde façon centrifuge, la seconde étant alors une spirale à développement
radial centripète, et ainsi de suite. Les parités seraient, bien en-
tendu, lnversées si l'ancrage du fil était effectué sur le fourreau 15.
Pour démarrer l'opération de bobinage proprement-dite, il
suffit d'afficher une consigne (R) par l'intermédiaire du potentio-
mètre manuel 52 et déterminant la vitesse V d'amenée du fil 17.
Pendant toute la phase de démarrage une fonction rampe est
élaborée au niveau de la consiyne pour que le système arrive progres-
sivement en régime établi.
Il est à noter que pendant toute cette phase transitoire
initiale, la vitesse d'amenée V du fil est une variable que calcule
l'automate 2 à partir d'une lecture du signal (F) reçu par le codeur
incrémental 40 équipant le moteur(Mf)26.
Bien entendu, en régime établi (R) et (E) sont égaux, a la
précision près des instruments de mesure et des caractéristiques de
stabilité de la bobineuse.
En régime établi, le fil 17 introduit dans l'espace 16 par
le tube guide 35 avec une vitesse constante V imprimée par le ~eu de
galets 19, 19', se dépose dans cet espace sous forme de spires 18 que
lui confère son mouvement d'enroulement autour du support 14 sous lief-
fet de la rotation W du plateau 6 dans le sens indiqué par la flèche.
Il est à noter que la formation de la spire est également ai-
dée par la position médiane du tube guide 35 selon la largeur de l'es-
pace 16 et par son extrémité repliée 36, qui permet l'in3ection du fil
selon une traJectoire préformée en une spire de diamètre moyen.
L'asservissement de W à ai imposée par l'automate 2-en fonc~-
tion de V, conformément à la relation indiquée précédemment, procure
.la maltrise du diamètre de la spire en formation et permet de ce fait
de bobiner une première galette spiralée à partir de l'intérieur, puis~
lorsque le nombre n de spires est atteint, une seconde galette spiralée
cette fois à partir de la périphérie, et qui se pose sur la précédente
et ainsi de suite Jusqu'à l'obtention du nombre maximum G de galettes
autorisées. En général, on détermine la donnée G en fonction du diamè-
tre d du fil de manière à remplir l'espace de réception 16 au 4/5 environ.
A chaque fois qu'une galette a été bobinée, l'automate 29par
l'intermédi~ire du variateur de vitesse 44 (fig. 1), ordonne au moteur
(Mg) 24 de monter l'unlté 7 d'amenée du fil d'une hauteur égale au
diamètre de ce dernier~ Eu égard à ce qui a été dit précédemment, on
pourra prendre la précaution de prévoir, en un endroit approprié des
,~1 rp
d~
12
colonnes de guidage 8, 8', une butée de fin de course qui arrete toute
l'opération lorsque le degré de remplissage voulu de l'espace de récep-
tion 16 est atteint. Cette disposition permet de pallier, le cas eché-
ant, les conséquences d'une introduction dans l'automate d'une valeur
de ~ erronée par excès.
Il convient de souligner que l'un des aspects dét rminants
de l'invention réside dans le fait que le fil 17 est, non pas tiré par
le support d'enroulement en rotation 14, mais poussé par le système
d'alimentation 7, ladite poussée coopérant avec l'action d'enroulement
de façon à se traduire, au niveau de la spire en COUES de formation)
par un effort radial, dont le sens -centrifuge ou centripète-, de même
que l'intensité, dépendent du degré d'avancement de l'enroulement. Cet
effort confère à ladite spire le diamètre voulu approprie à la place,
c'est-à-dire au rang qu'on lui assigne au sein de la galette plate spi-
ralée en formationO
Tels sont, exprimés différemment qu'au_paravant, mais de fa-
çon équivalente, les moyens essentiels et fondamentaux de l'invention.
Ceci étant, on réalise donc une pulsation cyclique de la vi-
tesse d'enroulement W du fil dans le temps, dont la période, comme le
montre clairement la figure 3, correspond à la durée de formation de
deux galettes consécutives, c'est-à-dire à 2n tours du plateau 6.
Cette figure ;llustre un exemple de bobinage selon l'invention
comprenant six spires par galette.
On a placé en abscisse 9 successsivement à partir du repère
supérieur, le nombre total Nt de spires de l'enroulement, le rang ai
de chaque spire dans sa galette et le nombre G de yalette3 dans l'en-
roulement.
Comme on le voit, l'allure moyenne de la courbe représe~ta-
tive de W sur la période représentée est celle de deux tronçons hyper-
boliques symétriques mis bout à bout: le premier tron~on de pente dé-
croissante correspond à la formation de type'bentrifuge" de la première
galettej le tronçon suivant, de pente croissante 9 représentent la for-
mation de type "centripète" de la seconde galette,
En regardant de plus près) on constate que la courbe est for-
mée de gradins successifs à décalages en hauteur variables traduisantles variations discrètes de la vitesse de rotation du plateauinter-
venant lors du passage d'une spire a la suivante dans une même galette.
13
On comprend à cet égard que la mise en oeuvre optimale de
l'invention suppose une régulation très fine de la vitesse d'enroule-
ment necessitant de faire appel aux techniques de commande numérique,
que permet précisément l'automate pro~rammable 2.
Des essais comparatifs ont été effectués sur un enroulement
conforme à l'invention réalisé avec un fil de cuivre rond ayant 1,12mm
de diamètre enroulé en 175 galettes à raison de 20 spires par galette,
correspondant à un transformateur de classe 24
Les essais ont montré une tenue très élevée de l'enroulement
aux chocs de tension simulant les coups de foudre, et ceci sans autre
isolation que le conditionnement originel du fil de cuivre par une en-
veloppe habituelle de vernis émaillé.
A titre indicatif, alors que les prescriptions contractuelles
de tenue aux chocs pour les transformateurs de la classe précitée sont
de l'ordre de 125 kV7 l'enroulement d'essai conforme à l'invention
supporte sans problème des impulsions de tension allant au-delà de
200 kV.
D'une façon plus générale, il apparalt que l'invention permet
de dépasser de beaucoup les caractéristiques actuelles des transfor-
mateurS
Comme on l'a déJà souligné, elle permet une fabrication in-
dustrielle de transformateurs sans isolant rapporté assurant à une
économie de matière, de main d'oeuvre et une réduction sensible du
poids et de l'encombrement de l'appareil achevé.
Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter à l'exem-
~, ple décrit ci-avant mais s'étend à de multiple~ variantes et équivalents
dans la mesure où sont respectées les caractéristiques énoncées dans
les revendications Jointes~
A ce titre, il importe de considérer que l'invention, dans
son acceptation la plus générale, met en ~eu deux opérations distinctes
ayant des cinématiques de caractère relatif: l'enroulement des spires
d'une part, et l'asservissement en~re la vitesse dudit enroulement et
la v~tesse d'amenée du fil, d'autre part.
L'enroulement des spires peut en effet être réalisé, non seu-
lement par la rotation du support d'enroulement, le point d'amenée dufil étant fixe dans l'espace, mais également, et de façon équivalente,
en conservant le support d'enroulement immob~le et en faisant tourner
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le fil autour. Ceci peut-être réalisé, par-exemple, au moyen d'une
unité d'amenée du fil, telle que 7, qui soit conçue en tourelle pivo-
tante centrée au-dessus du plateau.
De même7 l'asservissement à réaliser entre la vitesse d'en-
roulement des spires et la vitesse d'amenée du fil, en Fonction del'évolution de la galette en formation, peut être réalisé, non seule-
ment en modulant la vitesse d'enroulement W, la vitesse d'amenée V
étant maintenue constante, mais encore, et de façon équivalente, en
fixant à une valeur de référence déterminée la vitesse d'enroulement et
en régulant la vitesse d'amenée du fil.
Dans ce cas, la relation cinématique liant ces deux vitesses
et devant être prise en compte par l'automate 2 s'écrit:
Ur ~(D~2d(a~ -W
dans laquelle les paramètres conservent leur définition donnée aupa-
ravant~
On comprend ainsi que, dans sa formul~tion la plus générale,
la relation à respecter conformément a l'invention, s'exprime donc
sous la forme suivan~e:
(W~= ~r(D+2d(ai-1))
A titre indicatif, la ~igure 4 -analogue à la figure 3- montre
l'allure de la courbe représentative des variations à conférer à la vi-
tesse V d'amenée du fil lorsque celle d'enroulement W des spires est
gardée constante.
Comme on le voit, oette courbe, dans la période de formation
de deux galettes, présente en moyenne la forme de deux segments de droi-
te, symétriques l'un de~'autre, se reJoignant à leur point haut corres-
pondant au passage de la première galette à la seconde, et dont la pen-
te, -en valeur absolue- a pour valeur tg~=2d-W.
On observera d'ailleurs, que chaque segment est en fait cons-
titué d'une succession de paliers reliés par des portions verticales
égales, correspondant à l'incrément de vitesse de 2dW à aJoUter (ou à
retrancher) à la vitesse d'amenée du fil lorsqu'on passe d'une spire
à la suivante sur une même galette.
Il doit être souligné que le dispositif décrit précédemment
; comporte des moyens lui permettant de fonctionner soit à vitesse
;~2~6~33
d'amenée V du fil constante, soit à vitesse d'enroulement W des spires
constante.
Ces moyens, symbolises sur la figure ~, sont constitués par
un sélecteur à deux positions 55, permettant de connecter le codeur
incrémental 40 à l'un ou l'autr0 des moteurs (Mf) 26 ou (Mp) 13, et
par un inverseur 56 dont letrans~èrt à gauche par rapport à sa position
représentée sur la figure , permet d'appliquer la référence de vites-
se (R) à l'entrée du comparateur 48 du moteur !~Mp) 13 et de relier le
comparateur 47 du moteur (Mf) 26 au convertisseur 50.
Un commutateur général 57 est prévu sur l'automate 2 per-
mettant la commande de ces moyens en meme temps que le passage d'un
programme de marche a l'autre en fonction du choix de la vitesse, V
ou W,qui est maintenue constante.
Il convient de préciser que la possibilité de réglage en hau-
teur de l'unité d'amenée 7 ne saurait, en toute rigueur~ constituer une
caractéristique indispensable de l'invention. ~lle présente cependant
l'utilité, comme déJà dit, de délivrer le fil dans l'espace de récep-
tion au voisinage en hauteur de l'endroitde dépose des spires et con-
tribue ainsi, en minimisant le délai entre le moment de formation de
la spire et sa dépose au sein de la galette en constitution, à amé-
liorer l'ordre du rangement des spires dans la structure particulière
de l'enroulement recherché.
On signale à cet égard, que l'ordre de rangement précité
s'apprécie quantitativement par un coefficient dit "de foisonnement"
des spires dans le bobinage terminé. Les essais ont montré en ef~et
que ce coefficient3 lequel se définit dans le domaine considéré comme
le rapport entre le volume de l'espace de réception et le volume occupé
par les spires, constitue, dans le cas de l'invention, un indicateur de
l'écart à l'idéalité de l'enroulement réalisé, dans laquelle, on le rap-
3Q pelle, il n'y aurait aucun mélange de spires entre galettes consécuti-
, !J~S I
Une autre disposition, non indispensable mais permettant éga-
lement de minimiser le coe-fficient de foisonnement, réside dans la for-
me repliée et coudée de la partie terminale 36 du tube guide 35 d'ame-
née du fil. Cette disposition procure une introduction sensiblementtangentielle du fil dans l'espace de réception et permet en consé-
quence de préformer le fil en une spire qui s'~nscrit dans l'espace
~~ ~Pr~
16
annulaire 16. De plus, la localisation du tube guide 35 à mi-distance
entre le support d'enroulement et le fourreau extérieur permet de
conférer à cette spire un diamètre moyen, ce qui tend également à amé-
liorer la qualité du rangement des spires.
On comprend aisément que ces dispositions conJuguent très
favorablement leur effet avec celui d'un réglage en hauteur du point
d'introduction du fil dans l'espace de réception, c'est-a-dire, en ré-
~ férence au dispositif décrit, du réglage en hauteur de l'unité d'amenée
7~
Une autre variante de réalisation permettant de se rapprocher
encore de la structure d'enroulement idéale, consiste a prévoir un mé-
.canisme de déplacement latéral du tube 35 (éventuellement de l'équipage
mobile 7 d'amenée du fil) pour asservir la position de son extrémité
de sortie au diamètre de la spire en formation de manière à délivrer
le. fil dans l'espace de réception en un point situé à l'aplomb de
l'emplacement de dépose de chaque spire.
Il est utile d'indiquer qu'une particularité fort avanta-
geuse de l'invention, et qui sera vivement appréciée par les construc-
teurs de transformateurs, consiste à choisir comme support d'enrou-
lement, la colonne basse tension de l'appareil à réaliser.
De plus, le fourreau 15 servant.à délimiter le gabarit de
l'enroulement, peut être avantageusement une virole en carton placée à
demeure,qui servira par la suite également d'isolation de l'enroulement
par rapport à la masse de la cuve de destination finale.
Un aspect particulièrement intéressant de l'invention réside
donc dans le fait, qu'elle permet de realiser directement ùn élément
complet de transformateur ~ui peut être placé sur son noyau magnétique,
sans préparation ou modification d'aucune sorte, si ce n'est, le cas
échéant, la mise en place des disques de serrage habituels aux extré-
mités de l'enroulement, encore que l'un d'entre eux peut avantageuse-
ment être prévu initialement à la base de l'espace de réception lors
de la pose du support d'enroulement et du fourreau sur le plateau de
la bobineuse.
Il faut encore souligner ~ue l'invention est tout à fait
compatible avec la mise en place~ si on le désire, d'un système de re-
froidissement de l'enroulement. Ceci ne pose aucun problème non ma~-
trisé, car il est aisé d'insérer des canaux de refroidissement entre
i'733
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les galettes par introduction de disques perforés, en cours de bobi-
nage par arrêts momentanés de la bobineuse
Par ailleurs, l'expérience a montré qu'avec un tube guide 35
simplement coudé à son extrémité de sortie, les spires en formation
avaient tendance à se soulever pour des vitesses de rotation élevées du
plateau,
C'est pour y remédier que les inventeurs ont prévu, comme le
montre la figure l,de conformer la partie terminale 36 du tube guide en
"S" à l'horizontale, c'est-à-dire selon une double courbure. La seconde
courbure étant à l'opposé de la première, l'ouverture de sortie est donc
dirigee vers le bas,ce qui permet de bien rabattre le fil en direction
du lit de spires dé~à déposée et, ainsi~ les difficultés prémentionnées
disparaissent même aux grandes vitesses de rotation.
L'invention peut être mise en oeuvre avec des fils de diamètre
les plus faibles ~usqu'à des valeurs supérieures à 10 mm.
Pour les gros diamètres, il est blen entendu souhaitable d'uti-
' liser des fils en cuivre ~Quple, convenablement recuits à cet effet.
Les enroulements peuvent être réalisés sans difficultés àgrande vitesse (i.e. plusieurs centaines de tours/mn), chaque diamètre
de fil ayant bien entendu sa vitesse d'enroulement ou sa plage de vites-
se d'enroulement optimales que l'homme de métier saura rapidement dé-
terminer s'il souhaite mettre en oeuvre l'invention aux me~lleures con-
ditions de productiv~ité A titre purement indicatif, un fil de cuivre de
0,9 mm de diamètre s'accomode parfaitement avec des vitesses de pointe
de rotation du plateau de 400 t/mn environ.
L'invention s'applique de préférence, moins non limitative-
ment aux enroulements haute et moyenne tension des transformateurs.
Bien que conçue initialement pour les transformateurs~ l'in-
vention n'est pas pour autant limitée à cette application, mais s'étend
à la réalisation des enroulements électriques destinés à tout appareil
inductif~ en particulier de type statique, présentant ung~and nombre
de spires habituellement organisées en longues couches concentriques.
De meme l'invention peut mettre en oeuvre des fils électro-
-conducteurs à bobiner de différents formats (rond9 carré, rectangu-
laire) et de différentes tailles.
De même encore, I'invention couvre la réalisation de bobinaged'enroulementftant à un seul fil qu'à fils multiples.
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De même enfin, l'opérateur reste libre quant aux choix des
paramètres de marche du dispositi~ bobineur9 en particulier quant au
choix de la vitesse de référence, qu'il saura prédéterminer en fonction
de ses souhaits ou nécessités.
"
