Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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Procédé pour l'enroulement d'un bobinage électrique
La présente invention concerne un procédé
d'enroulement d'un bobinage électrique.
Plus particulièrement, l'invention s'applique aux
bobinages des transformateurs, spécialement aux bobinages
haute tension.
I1 est connu d'effectuer un bobinage en couches
obliques et à spires planes perpendiculairement à l'axe
d'enroulement. Ce type d'enroulement permet, par rapport à
un bobinage classique en couches horizontales à spires
jointives en hélice, de diminuer la tension maximale entre
spires des couches successives et donc de diminuer les
épaisseurs des isolants entre couches et même parfois de les
supprimer.
La figure 4 du brevet français 717 497 montre ainsi,
avec le texte s'y rapportant page 5, ligne 82 à page 6,
ligne 8~~, un bobinage de 70 spires en vingt couches
obliques. La première couche ne comprenant qu'une seule
spire, la seconde couche comportant deux spires, la Sème
couche comportant également 2 spires, la 4ème couche 3
spires, la Sème couche 4 spires, la 6ème couche 4 spires,
les couches 7ême à l4ème chacune 5 spires, la l5ème couche 4
spires, la l6ème et la l7ème couches 3 spires chacune, la
l8ème couche 2 spires, la l9ème et la 20ème couches 1 spire
chacune. Les couches font 30 degrés avec l'horizontale.
Ces 70 spires bobinées en vingt couches obliques
forment, comme on peut le voir sur la figure 4, cinq couches
horizontales.
En repérant les spires, dans l'ordre consécutif du
bobinage, on constate que la couche horizontale interne
comporte les spires 1, 2, 5, 6, 12, 13, 21, 22, 31, 32, 41,
42, 51 et 52 et la couche horizontale externe les spires
17, 26, 27, 36, 37, 46, 47, 56, 57, 63, 64, 68, 69 et 70.
Un premier défaut de ce bobinage consiste en ce qu'il
nécessite des flasques latéraux de maintien du bobinage.
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Un deuxième défaut provient du fait, comme on le
constate ci-dessus, que les différentes spires de la couche
horizontale externe ne se suivent pas. I1 en résulte que,
lorsque l'on souhaite avoir des prises de réglage de la
tension il n'est pas possible, en général, d'obtenir une
valeur de réglage précise atteignant la précision de la
valeur de la tension d'une spire. En effet, le réglage se
fait habituellement de la façon suivante. Si la tension
nominale totale est de N volts et que l'on souhaite pouvoir
faire un réglage à une tension inférieure de 2,5 ~, on pique
sur les spires externes deux points, le nombre de spires
entre ces deux points devant correspondre à ce qui est
nécessaire pour obtenir les 2,5 % de tension en moins. Le
réglage se fait en formant un pontage entre ces deux points
reliés chacun à un connecteur. Il est donc clair que dans un
bobinage en couche oblique tel que décrit dans le document
cité ci-dessus, la tension de réglage ne peut pas être
obtenue à la valeur de la tension d'une spire près puisque
les spires de la couche horizontale externe ne se suivent
pas.
Le premier défaut de ce bobinage est résolu par le
document CH-A-254 093 qui décrit un enroulement en couches
obliques et dont la demi-section par un plan contenant son
axe a la forme d'un trapèze. Le bobinage forme ainsi un
ensemble stable ne nécessitant pas de flasques. Pour
confectionner le bobinage on commence par exécuter une
section triangulaire.
Cependant le second défaut susdit relatif aux prises de
réglage n'est pas résolu.
La présente invention a pour but de pallier cet
inconvénient et a pour objet un procédé d'enroulement oblique
d'un bobinage électrique en enroulant ledit bobinage en
B
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couches obliques parallèles successives de spires
perpendiculaires à un axe d'enroulement d'un mandrin
d'enroulement et en réalisant un passage d'une spire à une
spire suivante en décalant axialement ladite spire de la
spire suivante, le perfectionnement dans lequel l'enroulement
dudit bobinage en couches obliques parallèles successives de
spires comprend les étapes de:
enrouler des spires pour former un triangle autour de
l'axe d'enroulement, ayant dans une section radiale à travers
l'axe d'enroulement un côté formant une base dudit triangle
située contre le mandrin d'enroulement, un deuxième côté
constituant un front de montée oblique et un troisième côté
oblique opposé;
enrouler séquentiellement alternativement de façon
opposée en montant et en descendant des couches obliques de
spires parallèles audit troisième côté oblique opposé faisant
ainsi progresser le bobinage le long de l'axe du mandrin
d'enroulement, de manière telle qu'une demi-section du
bobinage dans un plan radial contenant l'axe d'enroulement
forme un trapèze avec le bobinage constituant un ensemble
mécanique stable autoportant, et avec des spires sur des
côtés obliques du trapèze, excepté deux spires situées à des
extrémités opposées respectives d'un plus grand côté
parallèle du trapèze, s'appuyant sur deux spires situées sur
une couche de spires parallèle à l'axe d'enroulement, et où
un point auquel le front de montée oblique rencontre ledit
troisième côté oblique opposé définit un sommet radial du
trapèze, avec chaque spire du front de montée, excepté une
première spire, reposant sur deux spires successives situées
sur la même couche parallèle à l'axe d'enroulement, la
première des spires étant une spire précédente d'un front de
montée; et
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laisser libre un emplacement d'une spire n pour faire
une prise de réglage durant l'un de l'enroulement en
descendant de spires obliques et de l'enroulement en montant
de spires obliques, laissant ainsi libre un emplacement d'une
spire, et continuer l'enroulement des spires suivantes de
l'emplacement libre jusqu'à atteindre la dernière spire d'une
couche suivante de spires obliques enroulées en montant, et
placer ensuite la spire passée n à un sommet d'une couche de
spires obliques enroulées en montant, au sommet du trapèze,
et poursuivre l'enroulement du bobinage en une couche
suivante de spires obliques enroulées en descendant.
On va maintenant donner la description d'un exemple de
mise en oeuvre de l'invention en se reportant aux dessins
annexés dans lesquels:
La figure 1 est un schéma illustrant dans une demi-
section par un plan contenant l'axe du bobinage, le procédé
d'enroulement d'un bobinage selon l'invention avec la
numérotation des spires dans leur ordre d'enroulement.
La figure 2 illustre l'allure générale, dans une demi
section par un plan contenant l'axe du bobinage, d'un
bobinage composé de deux bobines disposées en série sur le
même mandrin.
Les figures 3 et 4 illustrent, dans deux cas distincts,
le procédé selon l'invention utilisé pour permettre de placer
sur la couche externe des spires qui seraient normalement
situées sur des couches internes, dans le but de réaliser des
prises de réglage.
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La figure 5 illustre schématiquement une installation
pour effectuer le bobinage de l'invention.
En se référant à la figure 1, on voit un mandrin 100
sur lequel est enroulé un bobinage dont vingt-neuf spires
ont été référencées. Toutes les spires sont numérotées dans
l'ordre où elles ont étê effectuées. On voit que le procédé
d'enroulement commence de façon à monter petit à petit le
bobinage jusqu'à atteindre son sommet, ici la spire 16 et
qu'à ce moment là, la section du bobinage, dans le demi-plan
représenté sur la figure, a la forme d'un triangle, qui a un
premier côté constituant une couche horizontale composée des
spires 1, 2 , 3 , 6 , 7 , 12 et 13 , un second côté formant au
front de montée oblique composé des spires 1, 4, 9 et 16, et
un troisième côté composé des spires 13, 14, 15 et 16.
Ensuite, on continue le bobinage par succession de couches
obliques descendante puis montante parallèlement au
troisième côté formé des spires 13, 14, 15 et 16. On a ainsi
une couche oblique descendante formée des spires 17, 18, 19
et 20, puis une couche montante 21, 22, 23 et 24, etc..., le
bobinage croissant ainsi, à hauteur H constante, le long de
l'axe O du mandrin 100. La section de l'ensemble, dans le
demi-plan, représenté sur les figures, forme ainsi un
trapêze quelconque. Sur la figure 2, on a figuré un bobinage
formé de deux bobines 101, 102, enroulées successivement en
sêrie sur le même mandrin 100.
Les spires sont toutes planes perpendiculaires à l'axe
O et non pas enroulées en hélice. Le passage d'une spire à
la suivante, quel que soit son emplacement, se faisant par
un décalage comme cela est connu et par exemple représenté
sur la figure 2 du brevet français 717 497.
Le bobinage ainsi formé est parfaitement stable,
autoportant et il n'est nul besoin de flasques latéraux pour
maintenir l'ensemble. En effet, les spires du front de
montée . 1, 4, 9, 16 sont bien "assises" . La spire 1 étant
directement sur le mandrin, la spire 4 portant sur les
spires 1 et 2, la spire 9 sur les spires 4 et 5 et la spire
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16 sur les spires 9 et 10. En outre, le démarrage débutant
par trois spires 1, 2 et 3 successives enroulêes directement
sur le mandrin, lorsque l'on vient placer la spire 4 sur les
spires 1 et 2, cette dernière spire 2 est déjà maintenue par
la spire 3. Le long de l'autre côté oblique du trapèze,
chaque spire repose également sur deux spires situées sur
une couche parallèle à l'axe O, ainsi d'ailleurs que toutes
les spires du bobinage, sauf bien entendu celles situées sur
la grande base du trapèze qui portent directement sur le
mandrin 100.
Comme il n'y a aucun flasque latéral, il est facile
d'exécuter en automatique plusieurs bobines en série sur le
même mandrin comme le montre la figure 2.
La figure 3 illustre le procédé permettant, au cours
du bobinage de placer, lors de l'enroulement des spires
d'une couche oblique descendante, sur la couche horizontale
externe, c'est-à-dire sur la petite base du trapèze, une
spire qui, normalement, devrait être située plus bas sur la
pente et donc recouverte par les couches obliques
ultérieures, ceci afin de pouvoir utiliser cette spire comme
prise de réglage.
Pour illustrer le procédé, on a numéroté les spires,
dans l'ordre de leur exécution, à partir de la spire,
numérotée tout à fait arbitrairement par commodité, 50. La
spire n à placer sur la couche externe est la spire 62.
Lorsque l'on a placé la spire 57 appelée n - x, on
place ensuite la spire n - x + 1 - 58 non pas à la place où
elle devrait normalement être placée mais on saute cet
emplacement pour la placer un cran plus loin, puis on
continue à descendre en plaçant les spires 59, 60 et 61 un
cran en avance par rapport à leur place normale puis on
place la spire n = 62 sur la couche externe à l'emplacement
laissé libre, à côté de la spire 57, puis on place ensuite
la spire 63 qui retrouve sa place normale et la suite se
poursuit normalement.
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La figure 3 illustre le cas où la spire à placer
sur la couche externe est une spire qui normalement se
trouve le long d'une couche oblique montante. I1 s'agit de
la spire n - 72. Ici, on a arbitrairement commencé â
numéroter à partir d'une spire nommée 70. Une fois placêe
la spire n - 1 - 71, on place la spire n - 72 directement
tout en haut sur la petite base du trapêze, c'est-à-dire
sur la couche horizontale externe. Ensuite, l'on redescend
comme pour une couche descendante en plaçant successivement
les spires 73, 74, 75, 76 et 77 puis là, la couche oblique
étant pleine on se place tout en bas, contre le mandrin 100
en plaçant la spire 78 pour recommencer une couche
montante.
Ainsi, on a montré comment on peut placer
n'importe quelle spire d'une couche oblique complète (dês
que l'on a terminé le triangle de départ) sur la couche
horizontale externe. On peut donc effectuer un réglage de
la tension avec une précision correspondant à la valeur de
la tension d'une spire, ceci en effectuant un pontage entre
deux prises placées sur deux spires de la couche
horizontale externe.
La figure 5 reprêsente très schématiquement une
installation permettant d'effectuer automatiquement un
bobinage tel que décrit ci-dessus. L'ensemble comprend une
structure mécano-soudée 80 supportant l'ensemble, un
mandrin cylindrique 81 à axe vertical entraîné en rotation,
un système 82 de déroulage du fil pilote 83 qui guide le
fil axialement parallèlement à l'axe D du mandrin et
déplace également radialement la poulie guide fil 84, un
fut 85 de fil et un système de contrôle - commande 86 qui
gère:
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7a
- la vitesse de rotation du mandrin
- les déplacements axiaux A et radiaux R du
système 82 de déroulage,
- les caractéristiques de la bobine: nombre de
couches, position des prises de réglage, diamètre du fil,
etc...
