Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
~2111~13
La présente invention concerne un nouveau type
de transformateur de distribution dans lequel le circuit
électrique est constitué de deux ou de plusieurs sous-
ensembles en forme de galettes doubles juxtaposées et
moulées ensemble par un matériau isolant qui donne à
l'ensemble de l'enroulement électrique l'aspect d'un cadre
rigide refroidi intérieurement par des tubes dans lesquels
circule un fluide de refroidissement et sur l'un ou plusieurs
cotés dédit cadre rigide se trouve enroulé le circuit
magnétique constitué par un ou plusieurs toues formés par un
ruban plat de matériau ferromagnétique, le circuit magnétique
étant lui aussi refroidi par le fluide qui circule dans les
tubes à l'intérieur du bloc du bobinage électrique.
Les transformateurs de distribution conventionnels
servent à diminuer la tension électrique au point où l'on
fait l'utilisation de l'énergie électrique. Un transformateur
de distribution de type conventionnel tel que connu présent
te ment est constitué essentiellement par un circuit magnétique
cuirassé formé par l'assemblage de thé fines disposées dans
des plans parallèles et empilées les unes par dessus les
autres. Ces tôles, qui sont aujourd'hui presque exclusivement
des tôles cristaux orientés, ont une structure fortement
anisotropique: très performantes dans le sens du laminage,
elles ont des caractéristiques magnétiques très médiocres
dans le sens perpendiculaire au sens du laminage. Les enroué
lements électriques primaire et secondaire de ces transforma-
leurs de distribution sont constitués par des métaux con duc-
leurs, comme par exemple le cuivre, étirés sous forme de fils
isolés électriquement de section rectangulaire ou circulaire
et enroulés en bobine autour d'une ou de plusieurs jambes
hi
du cadre fermé du noyau magnétique. Les tensions électriques
appliquées à l'enroulement primaire des transformateurs de
distribution sont de l'ordre de quelques kilovolts et pouvant
atteindre plusieurs dizaines de kilovolts, tandis que les
tensions apparaissant aux bornes de l'enroulement secondaire
sont de ladre de quelques centaines de volts.
La plage des puissances des transformateurs de
distribution se situe entre quelques kV~ et environ 300 va.
Le circuit magnétique et le circuit électrique sont immergés
dans une huile minérale contenue dans une cuve métallique
Cette huile sert d'isolant et aussi participe au processus
de refroidissement. Les défauts majeurs des transformateurs
de distribution conventionnels sont les suivants.
1. Les transformateurs de distribution, étant
immergés dans une huile qui est inflammable peuvent provoquer
un incendie ou une explosion en cas de défaut ou d'échauffe-
ment excessif et la masse de l'huile représente environ 25%
de la masse du transformateur excluant la cuve et les traversées.
2. La conception du transformateur conventionnel de
distribution est telle qu'il est impossible d'éviter lapa
rit-on de "points chauds" qui accélèrent le vieillissement de
l'huile et de toutes les isolations électriques du transforma-
leur.
3. La conception du transformateur conventionnel de
distribution est telle, qu'elle ne permette pas une utilisation
complète de l'anisotropie des tôles cristaux orientés formant
le circuit magnétique.
4. Les traversées huile-air des transformateurs de
distribution conventionnels sont peu fiables
121~
5. Les transformateurs de distribution conventionnels
sont caractérisés par des pertes diénergie par hystérésis et
par courants de Foucault, es pertes étant continuelles et
relativement importantes.
e nouveau transformateur de distribution-objet de
la présente invention élimine totalement ou partiellement les
défauts et les désavantages mentionnés ci-dessus.
Un aspect de la présente invention consiste en un
nouveau type de transformateur de distribution comportant un
circuit électrique formé d'un enroulement primaire et d'un
enroulement secondaire, chacun étant constitué d'un seul ou
de plusieurs sous-ensembles en forme de galette double.
On définit ici pour la présente invention, une
galette comme étant formée par un certain nombre de spires
roulées en spirale et on définit un sous-ensemble comme étant
constitué de deux galettes formées d'un conducteur électrique
ininterrompu.
Ces sous-ensembles étant juxtaposés et moulés
ensemble au moyen d'une matière isolante solide qui forme,
avec les enroulements qu'elle englobe et qu'elle infiltre,
un cadre rigide et isolé sur lequel se trouve enroulé le
circuit magnétique.
Un autre aspect de la présente invention consiste
en un nouveau transformateur de distribution dont les sections
perpendiculaires du cadre formé par les enroulements électri-
que et la matière isolante de moulage peuvent être circulaires
ou bien avoir une autre forme.
Un autre aspect de la présente invention consiste
en un nouveau transformateur de distribution dont les isola-
lions des conducteurs des enroulements primaire et secondaire
y
ainsi que toutes les autres isolations du bobinage étant moulées ne sont pas assujetties à luxure due aux vibrations
provoquées par les forces électromagnétiques agissant sur les
conducteurs électriques de tout transformateur.
Un autre aspect de la présente invention consiste
en un nouveau transformateur de distribution qui ne comporte
pas de traversées huile-air "Des extrémités des enroulements
étant assemblées aux connecteurs de ligne qui sont moulés
dans le bloc formé par les enroulements et la matière isolante
de moulage.
Un autre aspect de la présente invention consiste
en un nouveau transformateur de distribution comportant un
bobinage électrique moulé dont tous les matériaux isolants
et de moulage peuvent être de classe thermique QUE ou plus.
Un autre aspect de la présente invention consiste
en un nouveau transformateur dont les enroulements comportent
seulement des isolations planes rigides ou flexibles Conti-
tuant les isolations de Barrière entre le primaire et le
secondaire et les isolations entre les galettes voisines et
aussi entre les sous-ensembles en forme de galette double.
Un autre aspect de la présente invention consiste
en un nouveau transformateur de distribution dont le carre
formé par les enroulements électriques et la matière isolante
de moulage est traversé par des plaques itou de tubes de
refroidissement destinés à la circulation d'un fluide refroi-
dissent.
Un autre aspect de la présente invention consiste
en un nouveau transformateur de distribution dont l'isolation
du circuit électrique, la matière de moulage ainsi que toutes
les autres composantes du transformateur sont quasi in in-
flammables.
-- 4 --
Un autre aspect de la présente invention consiste
en un nouveau transformateur de distribution comportant un
circuit magnétique en forme d'au moins d'un toue creux cons-
tiqué d'un ruban en acier ferromagnétique enroulé autour
dune ou de plusieurs parties à section circulaire ou non
circulaire du cadre formé par tes enroulements et la matière
de moulage.
n autre aspect de la présente invention consiste
en un nouveau transformateur de distribution dont le circuit
magnétique enroulé en spirale permet l'utilisation quasi
complète de l'anisotropie des tôles à cristaux orientés car
la direction de laminage de ces tôles correspond à la direct
lion du flux magnétique dans chacun des toues.
Un autre aspect de la présente invention consiste
en un nouveau transformateur de distribution dont la masse
du circuit magnétique de type cuirassé représente environ
70% de la masse du circuit magnétique d'un transformateur
conventionnel ayant la même puissance.
Un autre aspect de la présente invention consiste
en un nouveau transformateur de distribution dont les pertes
d'énergie électrique dans le circuit magnétique sont
minimisées à la suite de la minimisassions de la masse du
circuit magnétique et de l'utilisation presque totale de
l~anisotropie des tôles à cristaux orientés.
~211~
Un autre aspect de la présente invention consiste
en un nouveau transformateur de distribution dont le circuit
magnétique est constitué d'un ou de plusieurs toues formés
de ruban en acier amorphe par exemple du type MEUGLAS 2605 S-2.
Lorsqu'on utilise de l'acier amorphe, les toues sont enroulés
autour d'un cadre rigide constitué des enroulements primaire
et secondaire et des plaques itou tubes de refroidissement,
le tout traité thermique ment et magnétique ment et ensuite
moulé au moyen de matières isolantes comme par exemple des
élastomères chargés de grains d'oxyde de silice.
Un autre aspect de la présente invention consiste
en un nouveau transformateur de distribution comportant un
circuit magnétique en forme daigne ou de plusieurs toues creux
en acier amorphe, chacun de ces toues étant disposé sur un
plateau en matière isolante servant de support dont la charge
mécanique est indépendante de la charge mécanique appliquée
aux autres supports. Les axes des toues étant verticales,
tout élément de serrage itou de fixation devient inutile, ce
qui a pour effet l'élimination des pertes magnétiques due aux
contraintes mécaniques qui apparaissent et persistent sous
l'effet des forces mécaniques développées par les éléments
de fixation et de serrage des transformateurs conventionnels.
Un autre aspect de la présente invention consiste
en un nouveau transformateur de distribution dont le circuit
magnétique n'exige aucun élément de fixation, de serrage et
de cuves métalliques qui sont électro-conductrices et de ce
fait annule les pertes d'énergie dans ces sous-ensembles.
Selon un autre aspect large de la présente invention,
l'on prévoit un transformateur de distribution caractérisé-
par le fait qu'il comprend un circuit électrique forme par
- 6 -
1211~9
les enroulements primaire et secondaire isolés du point de
vue électrique et constitué d'au moins deux sous-ensembles
isolés entre eux et juxtaposés et retenus ensemble de faucon
à donner, au bobinage électrique, l'aspect d'un cadre rigide.
Des moyens de refroidissement sont disposés a l'intérieur
dédit cadre rigide dans lequel circule un fluide de refroi-
pissement. Un circuit magnétique est enroulé autour de l'une
ou de plusieurs parties dédit cadre rigide et est constitué
par un ou plusieurs corps formés par des couches superposées
d'un ruban plat de matériau à cristaux orientés et de haute
perméabilité magnétique relative. Ledit ruban ayant subi un
traitement thermique et magnétique et d'un procède d'enroule-
ment et de déroulement afin de diminuer les pertes dans ledit
circuit magnétique causé par hystérésis et par courants
Foucault. Des moyens de supports sont associés avec chacun
ou plusieurs des toues afin de les supporter sur le rebord en-
roulé avec leur axe disposé verticalement afin d'éliminer subi
stantiellement les forces mécaniques pouvant endommager ledit
ruban métallique ce qui augmenterait lesdites pertes.
Pu - 7 -
~29L~ 3
Une réalisatiorl préférée de la présente invention
sera maintenant décrite en référence à des exemples illustrés
dans les dessins annexés, dans lesquels:
La Figure est une vue de côté du nouveau transfère-
mateur de distribution selon la présente invention, certaines
parties du dessin étant fragmentées pour illustrer la cons-
traction du transformateur,
la Figure 2 est une section prise à travers le
circuit électrique et le circuit magnétique cette figure
est localisée hors séquence
la Figure 3 est une représentation schématique
d t une autre forme de construction du transformateur de dis-
tribut ion selon la présente invention
la Figure 4 est une représentation schématique
illustrant une autre forme de construction du transformateur
de distribution selon la présente invention,
la Figure 5 est une vue de côté, partiellement
fragmentée montrant une galette double constituant l'enrou-
liment primaire ou secondaire;
la Figure 6 est une vue selon la ligne VI-VI
de la Figure 5 montrant une galette double formée de deux
galettes simples;
la Figure 7 est une vue en section montrant une
conduite d'échange de chaleur disposée dans 1 t enroulement
secondaire, cette figure est localisée hors séquence; et
la Figure 8 est une vue de coté illustrant plusieurs
galettes doubles connectées et constituant 1 t enroulement
primaire ou secondaire.
En se référant maintenant aux dessins, et plus
précisément a figures 1 et 2, on montre généralement en 10
le transformateur de distribution selon la présente invention.
-- 8 --
là
Le transformateur comprend un circuit magnétique formé d'au
moins un, deux dans le cas présent, toues creux 11 et 11l
faits d'un ruban en acier ferrornagnétique enroulé pour former
des circuits magnétiques. Dans certains cas les toues 11 et
11~ peuvent être sectionnés et alors chaque paire de toues 11"
est disposée sur un plateau de support 17 qui reposent sur
plusieurs tiges de distance 28. Un circuit électrique est
formé d'un enroulement primaire et d'un enroulement secondaire
13 et 14, chacun étant constitué de plusieurs spires 13 t et
14', de conducteur isolé, chaque enroulement traversant à
l'intérieur du creux 9 des toues 11 et 11'.
Les enroulements primaire et secondaire 13 et 14
sont formés d'un conducteur plat isolé du point de vue
électrique, de section sensiblement rectangulaire, tel
qu'illustré en 15 de la Figure 7, et possédant un revêtement
16 à propriété isolante du point de vue électrique. Des
moyens d'isolation sèche sous forme de feuillet isolant 26,
du point de vue électrique, isolent l'enroule~ent primaire
de l'enroulement secondaire et éventuellement l'unité de
refroidissement 30. Les conducteurs formant les enroulements
ont de plus une section et une configuration prédéterminée
dépendant de la puissance que le transformateur est appelé
à développer Les extrémités de ces enroulements sont
- appelées à pouvoir être reliées à des bornes. Tout le système
d'enroulements primaire et secondaire est imprégné d'un
matériel isolant 19 notamment une résine oxyde un
élastomère ou autres matériaux isolants qui forment aussi
les traversées 18. Le matériel pénètre jusque dans les
interstices de l'espace du creux 9 du circuit magnétique.
Tel qu'illustré en Figure 1, les toues creux 11 et 11' sont
_ g _
~Z1~69
disposés côte-à-côte, les côtés opposés des enroulements
primaire et secondaire en forme de boucles et situés à
l'intérieur d'un cadre de résine rigide moulé prenant respect
vivement place lin trieur du ou des toues du circuit
magnétique.
Le ruban 12' constituant le circuit magnétique 12
peut être fabriqué en acier au silicium cristaux orientés
ou en acier amorphe comme par exemple le MEUGLAS 2605 S-2.
Tel qu'illustré dans la section la Figure 2, des
moyens de refroidissement sous forme de conduite d'échange de
chaleur 20,20' et 30 peuvent être disposés dans les enroulements
primaire et secondaire, l'intérieur des toues 11 et 11', de
façon à extraire la chaleur engendrée par les enroulements.
Par exemple, des conduites d'échange de chaleur 20 peuvent
être disposées à lin trieur des boucles de conducteur de
ltenroulement secondaire voir Figure 1). La circulation
de fluide travers les conduites extrait la chaleur des
enroulements primaire et secondaire. Tel qu'illustré dans la
Figure 7, la conduite d'échange de chaleur y peut aussi être
une conduite conductrice d'électricité et faire partie inné-
gérante du conducteur roulé de l'enroulement secondaire. Une
telle conduite posséderait de plus un revêtement 21 isolant
du point de vue électrique. Le fluide 22 qui circule dans la
conduite est constitué de tout fluide de refroidissement
convenable.
En se référant maintenant aux Figures 5 et 6, on
montre la construction d'une galette double qui représente
un sous-ensemble de l'enroulement primaire ou secondaire 13
ou 14. Bien que ce soit là une construction préférée de
galettes doubles, l'invention n'est pas limitée a cet aspect.
-- 10 --
IL
Tel qu70n le montre chaque galette double 23 est constituée
de deux galettes simples 23' et 23" dont le conducteur plat
ordinaire 16 est roulé en spirale. Chaque galette simple
23' et 23" étant roulée en direction opposée possède une
jonction de croisement 24 à l'intérieur des spirales et deux
bornes de sortie 25 l'extérieur des spirales formant chaque
galette simple, tel qu'illustré en vue fragmentée sur la
Figure 5. Un feuillet plat 26 en forme de cadre isolant du
point de vue électrique est disposé sur les côtés de chacune
des galettes simples de lagon à les isoler l'une de l'autre
et pour isoler aussi entre elles les galettes doubles voisines
ou bien pour isoler les galettes doubles des unités de refroi-
pissement 30 au cas où ces unités ne sont pas faites en
matière isolante au point de vue électrique.
Stil est nécessaire d'avoir un enroulement primaire
ou secondaire constitué de plusieurs galettes doubles 23, il
suffit simplement de relier les bornes de sortie 25 d'enroule-
monts adjacents, tels qu'illustrés dans la Figure 8, cette
confection étant identifiée par le chiffre de référence 27.
De plus, tel qutillustré dans la Figure 8, et en coupe dans la
Figure 2, les galettes enroulés en spirale peuvent être de
forme différente ce qui permet par exemple, d'obtenir un
enroulement de forme pyramidale de façon à occuper autant
d'espace que possible dans l'intérieur 9 des circuits magnéto-
que 11 et 11~. De plus, chaque toue d'un groupe de deux
toues enroulés en spirale peut être de dimension différente,
tel qu'illustré dans les Figures 3 et 4. Cela permet de
fabriquer des transformateurs plus compacts.
En se référant maintenant à la Figure 3, on montre
une différente forme de transformateur où le circuit
-- 11 --
magnétique est constitué en superposant des couches de ruban
en acier 12, dont la largeur diminue à mesure que l'on se
rapproche de la périphérie externe du circuit magnétique ce
qui porte au maximum l'espace occupée à l'intérieur des
enroulements 13 ou 14 qui forment le circuit électrique.
Nous allons maintenant décrire la méthode de
fabrication du transformateur de distribution selon la
présente invention. De façon générale, la méthode comprend
la formation d'enroulements primaire et secondaire 13 et 14
en roulant un conducteur isolé du point de vue électrique et
en juxtaposant les enroulements primaire et secondaire avec
une isolation électrique approprié entre les deux. Une ou
plusieurs plaques de refroidissement en forme de galette
sont juxtaposées aux galettes formant les enroulements primaire
et secondaire. Ces enroulements et plaques de refroidissement
juxtaposés sont ensuite moulés dans un matériel isolant solide,
comme par exemple de la résine silicone et un ruban en acier
ferromagnétique est enroulé formant un toue autour dSau moins
une jambe du cadre moulé contenant les enroulements primaire
et secondaire et le système de refroidissement juxtaposés,
le ou les toues formant ainsi le circuit magnétique.
Si le ruban en acier ferromagnétique est un ruban
en acier amorphe, après avoir enroulé le circuit magnétique
autour du cadre moulé contenant les enroulements primaire et
secondaire, ce dernier est ensuite traité à la chaleur dans
un four et soumis à un traitement magnétique afin d'améliorer
les propriétés magnétique de 1 t acier amorphe et obtenir ainsi
une valeur minimale des pertes par hystérésis et par courants
de Foucault. Si le ruban en acier ferromagnétique est
fabriqué d'acier au silicium à cristaux orientés, le ruban
Y
est recuit avant être enroulé sur le cadre moulé contenant
les enroulements primaire et secondaire et le système de
refroidissement.
Le traitement thermique du circuit magnétique en
acier au silicium à cristaux orientés comprend plusieurs
étapes. Au début, on procède à l'enroulement du ruban d'acier
sur un support à noyau dont la section est sensiblement égale
à la section extérieure du cadre formé par les enroulements
moulés. Le ruban en acier enroulé sur le support est ensuite
soumis à un traitement à la chaleur afin d'améliorer les
propriétés magnétiques de l'acier. Après refroidissement, le
ruban est déroulé et enroulé de nouveau sur un autre support de
même nature. Après un nouveau déroulement, le ruban est transi
féru sur une partie choisie du cadre moulé contenant les
enroulements primaire et secondaire de façon à éliminer les
contraintes mécaniques qui produiraient une dégradation des
propriétés ferromagnétiques du circuit magnétique, et augmen-
tenait les pertes par hystérésis et par courants de Foucault.
L'enroulement du bobinage primaire et secondaire
est suffisamment décrit ci-dessus en se référant a la Figure
5 et n'a pas à être répété Il en est de même de la façon
de placer les conduites d'échange de chaleur à l'intérieur
des enroulements du circuit électrique ou dans les interstices
à l'intérieur du cadre du moule avant le moulage.
Il est entendu que la présente invention entend
protéger toute modification évidente des exemples de réalisa-
lion préférée décrits ci-dessus à la condition bien entendu
que ces modifications soient prévues par les revendications
annexées.
- 13 -
