<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS AUX ENROULEMENTS DES MACHINES ELECTRIQUES ET A LEURS PROCEDES (la FABRICATION * -
La présente invention vise des perfectionnements aux enroulements des machines électriques et à leurs procédés de fabrication- Elle est particu- lièrement avantageuse dans son application aux enroulements pour transforma- teurs et autres appareils électriques équivalents-
On a trouvé que, pour des transformateurs de puissances faibles et modérés destinera des tensions relativement élevées, il est préférable désunir le transformateur d'enroulements primaires et secondaires disposés concentriquement. * Un isolement, généralement abus forme de cylindre,
est in-
<Desc/Clms Page number 2>
terposé entre ces enroulements, de façon à isoler le primaire de la tension secondaire* On a trouvé aussi qu'il est désirable d'utiliser 'un seul enroule- ment primaire et, de manière analogue, un seul enroulement secondaire pour le transformateur
On a racontré quelques difficultés lorsqu'on a essayé de fabri- quer de tels enroulements à haute tension, avec les méthodes et procédés connus jusqu'ici, parce que la haute tension nécessite une coucha d'isolement princi- pal si épaisse qu'un trajet très large pour le flux de fuite est alors créé, de ceci est résulté généralement une caractéristique très médiocre de réglage du transformateur*
Suivant une construction proposée, les enroulement)
! primaires et secondaires étaient établis relativement large et peu profond)** Mais avec cet arrangement, il était très difficile d'obtenir la solidité mécanique et élec- trique nécessaire, notamment avec les enroulements à hauts...tension dans les- ' @ quels ile était nécessaire d'utiliser un conducteur relativement petit enrou- lé en un grand nombre de spires par couche, par exemple cent ou davantage* Il convient d'observer qu'avec un nombre aussi grand de spires par couche.
la différence de potentiel maximum existant entre les couches successives peut être très élevée- Ainsi, dans l'exemple donné, la différence de potentiel ma- ximum entre les couches peut être la somme de tensions de 200 spires ou davan- tage- En raison de cette différence de potentiel très élevée existant antre les couches successives, une quantité d'isolement relativement grande étaitné- cessaire entre elles- En outre, il était généralement nécessaire de renforcer l'isolement jusqu'à une valeur dépassant de beaucoup celle qui est nécessaire entre des couches voisines, pour une opération sûre, en raison du potentiel additif existant entre les couches voisines- Ainsi,
en vue d'empêcher une rupture entre les couchea comportant des spires placées à une très grande dis- tance les unes des autres, il était nécessaire de disposer une très grande quantité d'isolement aux spires extrêmes.
Cela réduisait évidemment le facteur d'utilisation de l'espace dans une grande mesure, et d'autre part cela conduisait à séparer les couches adjacentes dans une mesure telle que l'enroulement était affaibli, et parfois dans une proportion telle qu'il était déformé- En conséquence, pour assurer la solidité électrique et mécanique nécessaire, il était fréquement nécessaire d'introduire entre les enroulements un cylindre isolant relativement lourd et
<Desc/Clms Page number 3>
robuste au point de vue mécanique-
En vue de renforcer mécaniquement ces enroulements de façon à permettre l'usage d'un cylindre isolant plus petit, on avait proposé de consti- tuer les enroulements à haute tension par des bobines en forme de disques,
qui dans l'Enroulement assemblé, étaient placées côte à côte le long du cylindre isolant principal* Mais ici Encore, on a rencontré des différences de poten- tiel relativement élevées, cette fois entre des bobines voisines plutôt qu'en- tre les couches voisines* Un autre système d'enroulement consistait à disposer les enroulements à haute tension en plusieurs bobines sectionnées à contre- spires.
Ce système tendait à réduire les fatigues électriques à travers l'en- roulement, mais il laissait beaucoup à désirer, en ceci que l'enroulement à sections multiples possédait un grand encombrement et en outre on trouvait fréquemment nécessaire de réduire l'isolement dans des proportions telles, en vue d'obtenir le rendement désiré,dque les enroulements n'étaient pas entiè- rament satisfaisants, pour assurer un bon fonctionnement
Ceci posé, la présente invention offre un enroulement électrique de solidité électrique et mécanique accrue, qui possède un facteur d'enroule- ment très grand, d'autre part compatible ou approprié avec l'espace d'enroule- ment disponible, et fournissant en marche un rendement relativement élevé.
Pour la réalisation de l'invention, on enroule les spires de chaque couche de l'enroulement, de manière qu'elles soient mécaniquement blo- quées sur les deux côtés entre les spires des couches voisinas- Les spires de chaque couche sont espacées de façon à recevoir les spires des couches voisi- nes, dans les espaces prévus à cet effet*
Cette fixation mutuelle des spires assure une très bonne soli- dité mécanique de l'enroulement, et aussi un accroissement notable de sa so- lidité électrique* Cela résulte du fait que le nombre de spires par couche est notablement réduit par l'espacement, et qu'an conséquence la différence de potentiel maximum entre les couches voisines est aussi notablement réduite.
Cette réduction dans la fatigue électrique de l'enroulement entraîne évidan- ment une réduction de la quantité d'isolement nécessaire, et augmente ainsi notablement le facteur d'utilisation de l'espace-
L'enroulement est de préférence fabriqué avec des spires à peu près parallèles, c'est-à-dire que pour former les couches, on enroule chaque spire sous forme d'une circonférence, plutôt qu'en forme d'une hélice* En
<Desc/Clms Page number 4>
vue d'empêcher la formation d'un enroulement incliné sur un côté, qui se pro- duirait si les croisements d'une spire à la suivante se trouvaient dans un plan radial commun, on espaça les rangées de croisements des couches succes- sives, suivant certains intervalles,
de façon à distribuer ou répartir les croisements de manière à peu près uniforme à travers l'enroulement, et en ou- tre qu'un aucun cas deux des rangées reposent dans le morne plan radial-
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avan- tages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessine qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple, concernant l'appli- cation de l'invention aux transformateurs,
et dans lesquels.-
La Fig.1est une coupe longitudinale d'un enroulement électrique comportant des couches enroulées horizontalement et construit conformément à 1'invention*
La Fig.2 est-une vue en plan d'un enroulement électrique ana- logue à celui représenté Fig.1 mais comportant beaucoup plus de spires par coud-ne-
La Fig.3 est une coupe longitudinale d'un enroulement électrique formant variante et comportant des couches enroulées horizontalement*
La Fig.4 est une coupe longitudinale' d'un enroulement électri- que comportant des couches enroulées obliquement
La Figeenfin, est une coupe longitudinale d'un enroulement électrique comportant des couches enroulées verticalement,
conformément à l'invention*
Sur la Fig.1 l'enroulement électrique comporte des couches enroulées horizontalement! conformément à l'invention, les spires de chaque couche sont espacées de façon à recevoir et coincer fermement les spires des couches adjacentes, grâce à quoi la bobine est renforcée à la fois au point d-e vue mécanique et au point de vue électrique* Comme représenté Fig.l, le bobinage électrique est formé en enroulant un conducteur électrique approprié 10, de manière à former plusieurs couches successives 11 sur une carcasse ap- propriée 12.
Le conducteur 10 est isolé de manière convenable, par exemple au moyen d'un revêtement d'émail ou d'autre matière isolante appropriée, telle que du coton La carcasse 12 peut 'être établie en toute matière appropriée, mais elle est de préférence fabriquée'par moulage de feuilles de pulpe de bois imprégnées d'un produit de condensation phénolique ou d'une composition ana- logue.
<Desc/Clms Page number 5>
La surface d'enroulement 12a de la bobine, sur laquelle sont enroulées les spires de la première couche, peut être rendue rugueuse, en vue de faciliter le maintien en place de ces spires pendant le bobinage- C'est ain- si, par exemple qu'une couche de papier sablé 13 peut être appliquée avec sa surface rugueuse à l'extérieur, de façon à engager, et à faciliter ainsi leur maintien en place contre tout mouvement latérale, les spires de la première couche de l'enroulement. bien que la surface d'enroulement 12a ait été repré- sentée comme étant de forme cylindrique, on conquit qu'elle peut recevoir aus- si d'autres formes, par exemple, la section transversale, carrée ou polygonale-
La première couche est formée en en roulant sur la surface d'en- roulement 12a, un certain nombre de spires, par exepple six, désignées par
14,14a, 14b, 14c.
14d et 14e, espacées les unes des autres depuis la gauche vers la droite' la seconde couche est formée en enroulant un nombre égal de spires désignées par 14f à 14k, de la droite à la gauche, dans les espaces ménagés entre les spires de la première couche! la troisième couche est for- mée en enroulant des spires 14a à 14q dans les espaces ménagés entre les spi- res de la seconde couche, etc...; chacune des couches successives étant for- mée en enroulant lesspires dans les espaces ménagés entre les spires de la .couche immédiatement précédents.
Les lignes pointillées de la Fig.l représentent les axes des couches; en se reportant à la Fig.1. on observe que les spires 14, 14a...14e de la première couche sont espacées, le long de la surfaec d'enroulement à des intervalles tela que la distance comprise entre les spires successives soit égale à environ 0,73 fois le diamètre du conducteur. Cette disposition permet aux spires de la seconde couchew et aussi de chaque couche suivante, de reposer dans des espaces relativement larges, afin d'être coincées, de mande- ra être entre les spires de'la couche précédente.
Il convient d'observer que, lorsque les espaces compris entre les spires voisines sont égaux à 0,73 fois le diamètre du conducteur, les axes des couches sont écartés d'une distance égala à la maillé du diamàtre du conducteur. Cela assure un blocage complet antre les spires enroulées.
De préférence, une pièce d'espacement 15 formée d'une matière appropriée quelconque, par exemple du papier torsadé ou un conducteur isolé est placé entre les spires successives de la première couche* Comme représenté
<Desc/Clms Page number 6>
Cette pièce d'espacement est proportionnée de façon à reposer sans jeu contre les spires voisines de la première couche, et elle est conformée, lorsque les spires de la seconde couche sont enroulées, de façon à épouser les parties in- férieures courbes de ces spires- La pièce d'espacement est de préférence en- roulée en même temps que le conducteur pour former les sipres de la première couche* Mais les espaces compris entre les spires et la première couche peu- vent aussi être tutilisés pour l'enroulement d'un.
conducteur électrique paral- lèle aux spires, et qui peut être fixé en permanence sur les spires extrêmes de la couche, d'une manière appropriée, par exemple par soudure-
De manière analogue, les espaces comprit entre les spires de la couche finale peuvent aussi être utilisés pour 1'enroulement d'un conducteur électrique en parallèle avec les spires, tandia que les extrémités de ce con- ducteur sont aussi reliées en permanence aux spires extrêmes de la couche, de manière appropriée quelconque, par exemple par soudure*
Pour confectionner un enroulement plus uniforme et plus compact, les spires sont de préférence enroulées suivant une circonférence, comme re- présenté Fig.2 plutôt que suivant une hélice- En d'autres termes,
chaque spi- re est bobinée de façon que son axe circulaire se trouve dans un plan perpendi- culaire à l'axe longitudinal de l'enroulement* A la fin de chaque spire, le conducteur est amené par décalage dans la spire immédiatement suivante, et à la fin de chaque souche, le mouvement de déplacement ou décalage est inversé pour lancouche suivante- Ainai se trouve formée pour chaque couche, une ran- gée de croisements 16 s'étendant longitudinalement
Il convient ici d'observer que si, dans lea couchée successives les rangées longitudinales de croisements étaient orientés à peu près dans le même plan radial, c'est-à-dire avec chaque rangée placée au-dessus de la pré- cedente, on obtiendrait un enroulement incliné sur un côté,
ou dissymétrique* De préférence, pour répartir ou distribuer les rangées de croisements 16 de manière à peu près uniforme, on les espace à des intervalles à peu près égaux (Fig.2) autour de l'enroulement, de sorte que deux rangées ne se trouvent ja- mais dans le même plan radial* On peut ainsi obtenir un enroulement très uni- forme et symétrique*
En espaçant les spires de chaque couche à des intervalles à peu près égaux à 0,73 fois le diamètre du conducteur, on réduit la tension par couche à 58% de la tension d'une couche ayant la même largeur et enroulée lui-
<Desc/Clms Page number 7>
Vent les règles courantes, c'est-à-dire avec les spires voisines de chaque coucha enroulées de façon à venir en contact l'une avec l'autre- Plus parti- culièrement,
on a représenté Fig.1 'on enroulement avec cinq couches de six spires chacune formant un total de 30 spires* La différence de potentiel maxi- mum dans l'enroulement considéré est la tension additive de 12 spires- Il con- viant d'observer que cette différence de potentiel maximum se produitentre les spires de couches alternées qui sont en contact- C'est ainsi, par exemple, que la différence de potentiel entre la spire 14 de la première couche et la spire 141 de la troisième couche est la tensionadditive de 12 spires* Avec le procédé d'enroulement conforme aux usages admis , visé ci-dessus, 1 enroulement serait formé de trois couches de 10 spires chacune, et la différence de poten- tiel maximum entre les couches adjacentes serait égale à la tension additive de 19 spires.
Mais il convient aussi d'observer que, bien que l'enroulement perfectionné comporte cinq couches pour un total de 30 spires, au lieu des trois couches de l'enroulement confectionne suivant les principes usuels, pour le même nombre total de spires, le nouvel enroulement possède une profondeur d'enroulement qui peut 'être égale au même inférieure à la profondeur d'enrou- lement de l'enroulement de type usuel-
Cela résulte d'une part du fait que les spires bobinées confor- mément à l'invention sont automatiquement enroulées beaucoup plus près les unes des autres, en raison de l'action de coin qui se produit entre les spires espacées de chaque couche et celles des couches voisines, sur les deux côtés, et d'autre part du fait que le nouvel enroulement nécessite beaucoup moins d'isolement de couche à couche,
parce que la différence de potentiel maximum entre les couches est notablement réduite-
L'isolement de couche généralement utilisée jusqu'ici n'est en principe pas nécessaire dans le nouvele enroulemento En d'autres termes, on a prévu un facteur d'enroulement très grand et compatible avec l'espace d'en- roulement disponible- Cette réduction de l'isolement de couche entraîne aussi un accroissement de l'efficacité de fonctionnement de l'enroulement- En outre, l'élimination de l'Isolement de couche augmente notablement la vitesse de l'en- roulement automatique* En effet, si l'opérateur devait insérer un isolement de couche, trè peu de temps seulement serait économisé par l'enroulement automati- que.
<Desc/Clms Page number 8>
Une autre particularité importante de l'invention réside dans l'accroissement de la résistance mécanique de l'enroulement* En effet, chaque spire de l'enroulement perfectionné est coincée entre les spires des couches voisines* D'autre part, lorsque les spires sont espacées à des intervalles égaux à environ 0,73 fois le diamètre du conducteur,
les axes de chaque couche sont pratiquement en coïncidence avec les tangentes communes aux parties voi- sines des spires des couches voisines sur les deux cotés* Les spires sont ainsi ancrées solidement en place et sont serrées à force pour conserver les position qu'elles ont prises lors de l'enroulement* Il est facile de comprendre que cet- te particularité présente une grande importance lorsque les enroulements sont fabriqués sur des machines automatiques-
Dans la variante représentée Fig-3, concernant un autre enroule- ment avec couches enroulées horizontalement, chaque couche 21 de cet enroule- ment par analogie à chaque couche 11 dans l'enroulement de la Fig.l, est for- mée en enroulant un certain nombre de spires 22, 22a, etc...
espacées à certains intervalles sur la longueur de la surface d'enroulement*
Mais en se reportant à la Fig.3, on voit que les espaces compris entre les spires, dans chaque couche, sont légèrement inférieurs à 0,73 fois le diamètre du conducteur- Cet arrangement présente l'avantage essentiel que les couches alternées ne se touchent pas, comme dans le cas de la Fig.1 et en con- séquence la différence de potentiel maximum dans l'enroulement de la Fig-3 est légèrement inférieure à ce qu'elle était dans le cas de l'enroulement de la Fig.1. Ainsi, dans cette variante, la différence de potentiel entre les couches voisines s'élève depuis une valeur minimum jusqu'à une valeur maximum, qui cor- respond à la différence de potentiel maximum produite dans l'enroulement.
En d'autres termes, la différence de potentiel maximum dans cet enroulement,, se produit entre les spires 22àet 22k, au lieu que ce soit entre les spires 22 et 221. comme ce serait le cas si les spires des couches alternées étaient en con- tact l'une avec l'autre-
Cet enroulement comporte de grandes analogies avec celui de la fig.1; il est placé sur une carcasse 23 pouvant être pourvue d'une surface de bobinage rugueuse 23a; la pièce d'espacement 24 est introduite entre les spires espacées de la première couche et est conformée par lea spires de la première et de la seconde couches, lorsque celles-ci sont enroulées, de façon à venir
<Desc/Clms Page number 9>
épouser les surfaces courbes des spires voisines de la première couche et les parties courbes de fond des spires de la seconde couche.
Les spires de cet en- roulement peuvent être aussi, et sont de préférence, enroulées suivant des cir- conférences de l'enroulement, comme le sont les spires des enroulements des Fig.
1 et 2.
Si on le désire, les espaces compris entre les spires de la pre- mière et de la dernière couches peuvent être utilisés, pour l'enroulement dans ceux-ci, de conducteurs électriques parallèles aux spires de ces couches et re- lies avec leurs spires d'extrémité*
Les enroulements électriques qui viennent d'être décrits, c'est- à-dire les enroulements dans lesquels les spires sont enroulées horizontalement sont agencés particulièrement pour des tensions modérées telles que 13.000 volt ou mcins.
Pour des tensions plus élevées, par exemple des tensions comprises entre 13.000 et 66-000 volts, les couches sont de préréles enroulées en obli- que, comme représenté fig.4, plutôt qu'horizontalement, comme représenté Fig.1. et 3 pana la réalisation de la Fig-4, un conducteur électrique 30 est en- roulé suivant des couches biaises sur une carcasse 32; cette carcasse peut être
Munie d'une surface rugueuse 32a de façon à faciliter le maintien des spires de la première couche .en place contre tout mouvement latérale De préférence,, lees couches sont enroulées suivant une ligne oblique faisant à peu près 30 de- :,grés avec l'horrsontale.
Pour enrouler ces couches, on peut procéder comme suit: la pre- mière spire 33. qui forme la première couche, est enroulée sur la surface d'en- roulament à quelque distance de la surface intérieure du flasque de gauche- La seconde spire 33a est enroulée près de la première sur la surface d'enroulement; mais ¯au lieu de continuer sur la surface d'enroulement, la troisième spire 33b est placée dans l'espace entre la première spire 33 et le flasque; la seconde couche est ainsi formée par les spires 33a et 33b.
Il convient d'observer que la première spire 33 est espacée, du flasque de gauche, d'une distance telle que l'axe de la seconde couche se trou- ve incliné à peu près de 30 degrés sur l'horizontale, comme représenté.
La quatrième spire 33c, c'est-à-dire la première spire de la troi- sième coucher est placée dans l'espace ménagé entre les spires 33a et 33b de la. seconde couche! la spire suivante 33d est enroulée sur la surface d'enrou- lement au voisinage de la spire 33a. en complétant ainsi la troisième couche.
<Desc/Clms Page number 10>
La sixième spire 33e de l'enroulement est placée sur la surface d'enroulement, au voisinage de la cinquième spire 33d tandis que la septième spire 33f est placée dans l'espace compris entre les spires 33c et 33d de la troisième couche* La dernière spire 33g de la quatrième couche est placée dans la gouttière ménagée entre les spires 33b et 33c
A ce moment quatre couches ant été ainsi bobinées suivant des axes obliques faisant 30 degrés avec l'horizontale- La cinquième , la sixième et chacune des couches suivantes de l'enroulement, sont enroulée). avec leurs spires placées dans les espaces compris entre les spires de la couche immédia- tement précédente-
Il est intéressant d'observer que chaque spire enroulée est an- crée de manière ferme dans un espace ménagé entre les spires de la couche pré- cédomment enroulée;
en conséquence, le nouveau procédé d'enroulement des coucha à axes obliques se prête facilement à une opération d'enroulement automatique.
Cela constitue un avantage important par comparaison aux procédés d'enroulement usuels en oblique, c'est-à-dire les procédés suivant lesquels lespspires voici- nes de chaque couche sont enroulées de façon à venir en contact l'une avec l'au- tre- On doit remarquer aussi qu'avec le procédé usuel, il est très difficile de maintenir les spires enroulées en place- ,
Les espaces ménagés entre les spires de chaque couche sont à peu près égaux à environ 0,73 fois le diamètre du conducteur en cours d'enroule- ment, de sorte que l'axe de chacune des couches obliques coïncide à peu près avec les tangentes communes aux parties voisines des spires des couches placées de part et d'autre de la couche envisagée,, Mais on peut aussi faire en sorte que ces espaces soient inférieurs à 0,
73 fois le diamètre du conducteur, auquel eas les couches alternées, au lieu de se toucher comme dans le cas de la Fig*4,, sont espacées de la même manière que les spires de la Fig.3. On remarquera aus- si que les spires de l'enroculement oblique sont de préférence enroulées de façon que leur axe circulaire se trouve dans des plans perpendiculaires à l'axe de 1' Enroulement-
Si on le désire, des conducteurs appropriés p avzvant être enroulés dans les espaces compris entre les spires de la première et de la dernière cou- ches en parallèle avec ces spires et reliée en permanence, de manière appro- priée quelconque, avec les spires extrêmes.
Pour des tensions encore plus élevées, il est préférable d'en=
<Desc/Clms Page number 11>
rouler les couches verticalement, comme représenté Fig.5 La bobine d'enrou- lement 40 est dans le cas, munie d'une surface de bobinage 40a , de préférence rendus rugueuse, sur la face intérieure d'un des flasques de la carcasse, par exemple celui de gauche en regardant la Fig.5 Comme représenté, les spires
41, 41a et 41b de la première couche sont enroulées verticalement sur la sur- face d'enroulement rugueuse, et sont espacées de manière à recevoir entre el- les les spires 41c et 41d de la seconde couche* Si on le désire, une pièce d'espacement appropriée 42, analogue à celle des Fig.
1 et 3, peut être intro- duite entre les spires 41, 41a et 41b de la première couche* Les spires de la troisième couche sont enroulées dans les espaces laissés entre les spires de la seconde couche, et les spires de chacune des couches suivantes de l'enrou- lement sant ,de manière analogue, enroulées dans les espaces laissés entre les spires de chaque couche immédiatement précédente- Il convient d'observer que les espaces laissés entre les spires de chaque couche sont égaux à environ 0,73 foie le diamètre du conducteur en cours d'enroulement,
et qu'ici encore l'axe de chaque couche est à peu près en coïncidence avec les tangentes com- munes aux parties voisines des spires des couches situées de part et d'autre de la couche visée* Mais.on peut aussi faire en sorte que l'espacement entre les spires soit inférieur à la valeur visée, auquel cas les spires des couches alternées sont espacées comme les spires de 1 enroulement représenté Fig*3 et grâce à cette disposition la différence de potentiel entre les couches de 1' enroulement est réduit- De préférence , les spires de cet enroulement sont aussi enroulées avec leurs aies circulaires se trouvant dans des plans perpen- diculaires à l'axe de l'enroulement Ici encore,
les espaces compris entre les spires de la première et de la dernière couche peuvent être utilisés pour l'en- roulement dans ceux-ci, de conducteurs en parallèle avec les spires et connec- tés en permanence aux spires extrêmes*
Le nouveau procédé permet de fabriquer des enroulements électri- ques relativement longs et peu profonds. qui sont suffisamment robustes, au point de vue mécanique, pour se soutenir d'euxmêmes, sans applications d'iso- lements en quantité relativement grande! le coincement mécanique entre les spires fournit un enroulement très robuste, tandis que la réduction de tension de couche à couche, résultant de l'espacement des spires, permet de n'utiliser qu'une quantité d'isolement réduite.
Il convient aussi de neter que tous les enroulements, aussi bien s'ils sont du type horizontal, vertical ou oblique,
<Desc/Clms Page number 12>
se prêtent aussi facilement aux procédés de bobinage automatique, qu'au bobi- nage manuel.