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Transformatsur triphasé ou polypha sé.
L'emploi de saturations au-delà de 13.000 Gauss, et en particulier le dépassement d'une limite de saturation de I5.000 Gauss rencontrent dans la pratique la difficulté que la demande d'harmoniques supérieures pour la magnétisation des transformateurs devient trop élevée. Tandis qu'on a appris à se rendre maître de la distorsion du courant de magnétisation par des harmoniques triples, de telle ma,nière que l'on choisit de façon appropriée le montage des enroule- ments des transformateurs et la constitution du circuit /
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@ magnétique, de semblables procédés manquentpour les 5emes et èms harmoniques.
Ceci est toutefois particulièrement désagréable parce que dans de nombreux réseaux, dans des conditions de fonctionnement déterminées, la fréquence propre du réseau tombe dans l'ordre de grandeur de la fréquence des 5 èmes et 7 harmoniques, en suite de quoi il peut s'établir des distorsions de tension, des courants supplémentaires de mise à la terre et des perturbations d'installations télépho- niques voisines.
Ces circonstances se sont opposées jusqu'à pèsent à l'emploi de saturations plus élevées dans la cons- truction de transformateurs,
On a fait des propositions qui visent à écarter les effets désavantageux des harmoniques supérieures du courant de cagnétisantio. il a été recommandé de faire coopérer des trans- formateurs à enroulements en étoile avec des transformateurs à montage en triangle, parce qu'alors les 5 èmes et 7 èmes harmo- niques sont désirées en phase opposée par les deux circuits magnétiques de sorte qu'une fourniture réciproque au moyen des haraoniques nécessaires se fait sans emploi du trajet de cou- rant du réseau à haute tension. un est toutefois alors très limité dans le choix libre des montages.
Un connaît éga- lement une disposition qui se sert de la différence en courant de magnétisation de transformateurs triphasés avec ou sans branche de raccordement en retour. Par une charge particulière de la branche de raccordement en retour avec une bobine auxi- liaire de selfinduction, on obtient que l'allure réciproque, au oint de vue des 5 èmes harmoniques, de transformateurs avec ou sans raccordement en retour magnétique estcompensée de ème telle façon que la. 5 harmonique tombe dans le courant de magnétisation.
Des transformateurs ayant un semblable disposi- tif ne doivent toutefois pas être pourvus d'un enroulement en triangle fermé sur lui-même car de ce fait l'effet de l'enrou- lement auxiliaire est annihilé. Il faut au moins intercaler dans l'enroulement en triangle des résistances de complément
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qui n'opposent aucune impédance au courant triphasé de l'onde fondamentale, tandis qu'elles étranglent la composante nulle de l'onde fondamentale ainsi que les harmoniques des ordres divisibles par 3. Mais de ce fait l'enroulement en triangle est amené dans son action à être un enroulement de compensation qui est considéré pour différentes applications comme indispensable.
Des courts-circuits de branche ne sont plus répartis sur les trois phases, en outre les transformateurs sont impropres pour la mise à la terre immédiate et pour le raccordement de bobines de raccordement à la terre. En outre les pertes supplémenta,ires des transformateurs s'élèvent.
L'objet de la. présente invention consiste. en des dispositions du circuit magnétique de transformateurs qui, sans agencements extérieurs supplémentaires, assurent une allure sinusoïdale du courant de magnétisation même pour les fortes saturations et permettent en outre une pleine liberté dans le choix du montage de tous les enroulements. Ce résultat est obtenu par le fait que l'allure du flux de force dans le circuit magnétique est réglée de telle manière que pour chaque trajet de lignes de force fermé s'étenda.nt entre des branches à enroulement, la demande en force magnétomotrice au point de vue de la sème harmonique est compensée en elle-même.
Ceci va. être expliqué à l'aide d'un exemple pour la 5ème har- monique qui peut, moyennant des modifications appropriées, se reporter également à la 7ème harmonique.
Il est à remarquer en passant que l'emploi de l'invention ntst pas limité aux transformateurs triphesés. Elle peut être employée également pour les transformateurs hexaphasés et joue un rôle également dans les transformateurs d'autres nombres de phases pour les harmoniques venant en considération dans ce cas, par exemple pour les troisièmes harmoniques de transformateurs quadriphasés. il n'est pas nécessaire non plus de se himiter dans l'application de la présente invention à la
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compensation de la demande d'harmoniques dans le courant de magnétisantion du transformateur.
On est au contraire en état, par les moyens indiqués, de transformer le courant de magné- tisation d'un transformateur ou d'un groupe de transforma- teurs par rapport à l'allure naturelle de telle manière qu'une participation d'harmoniques nécessaire pour la compensation d'un autre transformateur ou d'un autre groupe de transforma- teurs est fournie en grandeur et en phase correctes. la fig. l montre un noyau de transformateur à trois branches dant la culasse est disposée en triangle. Les considé- rations sont valables pour toute disposition dans laquelle une partie du circuit magnétique forme un triangle.
Les enroulements d'excitation 4,5 et 6 qui sont disposés sur les branches I, 2 et 3 peuvent être montés de façon appropriée quelconque, de même les autres enroulements auxiliaires et principaux, pour l'appli- cation de la transformation. Aux trois branches appartiennent les flux de force F1,F2, F3.A l' intérieur de la culasse pren- nent alors naissance des flux F, F et F Le diagramme -la 23 31 de vecteurs de la f ig. 2, caractérisa la relation de grandeur et de phase des trois flux de branche et des trois flux de calasse. un est convaincu de l'exactitude de la représentation par l'examen de la relation
F = F -F
1 F12 F31 et des autres relations correspondantes qui en sont tirées par interversion cyclique des indices.
La présente invention se sert de la constatation que la demande d'ampères-tours nécessaire pour les différents flux au point de vue de l'onde principale est approximativement en phase avec les vecteurs reportés. Au ème ème point de vue de la 5 et de la 7 harmoniques, il se pro- suit toutefois une nouvelle circonstance. La f ig. 3a montre le diagramme vectoriel de la 5ème harmonique des forces magnéto- motrices dans les trois branches. A part un angle de pnase sans impo-tance, qui peut toucher uniformément tous les trois vec- taurs, on observe danscette figure la fait connque lesens de
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èmes rotation du diagramme vectoriel des 5 harmoniques est opposé au sens de rotation du diagramme vectoriel des ondes fondamentales.
Si par exemple Ó est l'écart angulaire entre ème les passages par zéro de l'onde fondamentale et de la 5 harmonique de la force magnétomotrice dans la branche 2 (5o(en mesure angulaire de la 5ème harmonique), les valeurs correspondantes pour les branches 3 et I sont naturellement
120 + Ó et 240 + ± , ou en mesure angulaire de la 5 ème harmonique,. 6000 + 50( et 1200 + 5Ó, valeurs qui sont équivalentes à 240Ó + 5o<et 1200 + 50(lorsqu'on supprime les multiples entiers de 360Ó.
Ceci signifie toutefois que la succession de phases de la 5ème harmonique de la force magnétomotrice dans les branches 2, 3 et 1 est caractérisée par les grandeurs angulaires 0, 240 et 120 ce qui correspond au sens de rotation opposé représenté à la fig. 3a. un a reporté encore à la fig. 3b suivant les mêmes considérations la 5 ème harmonique des forces magnétomotrices dans les culasses. Pour ce qui concerne la succession de phases, il est vrai également ici qu'une inversion a eu lieu. un trouve la position déter- minante des vecteurs par détermination de l'écart angulaire de l'onde fondamentale par rapport à une ligne déterminée et mul- tiplication par 5.
Gomme ligne de relation de tous les vecteurs de l'onde principale et de la. 5ème harmonique on a choisi après comme avant, comme on l'a indiqué en pointillé à la fig. 3a, le vecteur de flux de la branche 2. Le résultat est évidemment indépendant de ce choix particulier et également de la valeur absolue de l'angleÓ.
Si l'on considère alors n'importe quel circuit magnétique fermé qui embrasse deux branches et leurs liaisons de culasse,. on constate ce fait surprenant que la demande totale de force magnétomotrice sur le trajet de lignes de force fermé est égale à zéro seulement pour les harmoniques supérieures et en-dessous de celles-ci pour les harmoniques 5, 7, 12 n ¯ 5, et non pas pour l'onde principale et les harmoniques oI, 13 etc...ou tout au moins se complète fortement en zéro. On a, ici n = 0, I,2,3...
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Le sens de rotation donne par exemple : branche 3 vers le haut, culasse 31, branche 1 vers le bas, raccordement en retour par la calasse inférieure, alignement suivant des vecteurs dans le diagramme des harmoniques :
EMI6.1
h ** (5) dans le sens positif, 2 R 3I (5) dans le sens positif, H1 (5) dans le sens négatif.
La composition est représentée à la fig. 4 avec consi- dération des longueurs de trajet lj (culasse) et 1 (branche) ème j s et fournit pour la 5 harmonique le résultat nul lorsque la relation suivante est satisfaite :
EMI6.2
ls 1(0 3( ] ôI (5) Ij V3 2
Pour une même saturation, on peut satisfaire facilement à cette -elation par le choix des longueurs du circuit magné- tique, Pour une saturation inégale, on peut également influen- cer par le choix de sections appropriées du circuit magnétique la répartition des forces magnétomotrices. une autre idée de la présente invention résoud le problème consistant à produire le même résultat avec des transforma- teurs ayant la constitution usuelle des noyaux.
Comme on le sait, la plupart des transformateurs, en particulier ceux de puissance élevée, sont exécutés avec des branches situées dans un seul plan. Il manque donc ici le troisième côté du triangle de la culasse. Il est toutefois possible d'indiquer un montage magnétique parfaitement équivalent dans lequel les trois branches se trouvent dans un plan. Un se sert à cet effet de la construction avec branche de raccordement en retour, de préfé- rence du transformateur à cinq branches. La fig. 5 montre qu'un transformateur à cinq branches présente des flux de culasse qui ne correspondent pas en grandeur et en phase aux flux des branches.
A la fig. 5a on a exprimé d'abord le fait connu que les flux d'onde fondamentale sont égaux en grandeur dans les branchs de raccordement en retour at donnent un sens
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de rotation fermé. On pourrait donc se représenter les trajets de raccordement en retour subdivisés aux endroits de coupe re- présentés en traits de chaînette et les deux tronçons de culasse raccordés en cet endroit. Il est ainsi démontré que le trans- formateur triphasé de la construction à cinq branches se comporte fondamentalement comme le transformateur triphasé traité précédemment, à culasse en tria,ngle.
Si on suit vecto- riellement les flux de façon un peu plus préciâe, on parvient au diagramme vectoriel de la fig. 5b sur lequel on a reporté non seulement les trois flux de branches F1, F2 et F3 mais également les trois flux de culasse F , F et F . Le triangle des
12 23 31 flux de culasse peut par un choix approprié des sections trans- versales de branche et de cula.sse ainsi que des longueurs in- dividuelles du circuit magnétique être rendu équilatéal (voit l'image de droiteà la fig.5b).
Un peut obtenir cette configuration symétrique des flux également avec n'importe quelles sections transversales et longueurs lorsque, suivant la fig. 6 , on applique sur les tronçons de culasse ou sur les branches de raccordement en retour, dtune manière connue, des enroulements auxiliaires 7 qui sont montés en série et en un circuit fermé. Ces enroulements produisent une répartition du flux dans le sens d'une réunion de tous les flux en une somme nulle, c'est-à-dire la constitution d'un triangle vedtoriel à cotés égaux des flux de culasse. Cette commande des flux ne sera pas toujours la solution la plus favorable pour le but envisagé. Des écarts peuvent être produits également pa- le choix particulier du nombre de spires des enroulements auxiliaires.
En général on atta,chera de l'importance à obtenir trois flux de culasse décalés de I20 L'équivalence des transformateurs à branche de raccordement en retour d'une part et de ceux à construction à enveloppe , d'autre part, permet naturellement d'obtenir le même effet également dans le cas de transforma- teurs à enveloppe.
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Les considérations données pour la 5ème harmonique sont valables de la même manière pour la 7ème harmonique de sorte qu'un circuit magnétique établi suivant la présente invention ne nécessite aucun courant de magnétisation de la Sème ou de a 7ème harmonique. Par le fait qu'à ltintérieur de tout trajet fermé de lignes de force des flux de position de phase différente alternent, il prend naissance chaque fois la demande opposée en harmonique de la force magnétomotrice de sorte qu'à chaque instant les branches combattent la demande en force magnétomotrice des calasses et vice-versa.
11 se forme donc des tensions magnétiques libres de la Sème et de la 7ème harmoniques dans les tronçons de branche et de culasse qui se font équilibre et dont la somme ne doit pas être couverte par une participation du courant de magnétisation empruntée au réseau.
.four donner aux constructeurs de transformateurs la liberté désirable dans le choix de la constitution magnétique de transformateurs, on peut également renoncer à fixer la demande de force magnétomotrice pour un tronçon déterminé de circuit magnétique exclusivement par les dimensions géométrilues du trajet de fer. On peut au contraire, par un choix approprié de matière ou par un autre réglage de la demande par tronçon en force magnétomotrice, veiller à la conservation de la règle suivant la présente invention. Une solution appropriée est représentée dans ce sens par exemple par la charge de certaines sections au moyen de bobines de selfinduction avantageusement réglablas, de préférence saturées dans le fer.
On préférera à cet effet d'une manière bien évidente les sections non enroulées de la culasse. Si l'on prévoit des bobines de selfinduction individuelles 8 ( fig. 7) qui peuvent d'ailleurs être réunies sur les branches de raccordement en retour, on règle la valeur de la 5ème harmonique de la force magntomotrice sur les sections de culasse. Pour le réglage de la position de phase, on dispose d'un montage suivant la fig. 6 ou d'Un autre enchaînement approprié d'enroulements
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auxiliaires et de bobines de selfinduction auxiliaires.
L'emploi d'enroulements auxiliaires à charge inductive augmente d'abord la demande en force magnétomotrice de l'onde fondamentale. Par saturation du fer des charges inductives, on peut obtenir que dans une mesure encore plus élevée, la, 5 ème harmonique de la, force magnétomotrice est augmentée.
Dans toutes les formes de réalisation mentionnées, de même que dans la composition de la culasse au moyen de trois sections réunies en un triangle, l'enroulement auxiliaire fermé a encore l'avantage de diminuer la troisième harmonique dans le flux. Il ne s'agit donc pas non plus de la réaction connue de la 3ème harmonique du flux sur la 51ème harmonique du courant de magnétisation.
On montrera ceci à l'aide de la fig. 8 qui représente un transformateur aussi bien à montage en triangle qu'à montage en étoile. On expliquera en même temps les conditions à ob- server dans un système triphasé'symétrique pour le flux sinu- soîdal, I, 2, 3 sont les branches du transformateur auxquelles se raccordent à la:partie inférieure les culasses montées en étoiles IO, 20, 30 et à la partie supérieure les pièces de culasse montées en triangles 12, 23, 31.
Comme dans le système triphasé symétrique le courant de magnétisation nécessaire pour la production d'un flux sinusoï- ème ème dal ne peut contenir aucune 3 , 9 eme....harmoniques il tend à se former dans le flux une 3 ème , 9 àme...harmoniques qui en réagissant sur le courant de magnétisation, trouble la compensation désirée des 5àmes harmoniques.
Tandis que dans l'étoile magnétique formée des parties i-IO, 2-20, 3-30, la 3ème harmonique du flux ne peut se produire que faiblement car elle doit prendre son trajet de retour à travers l'air, elle peut se développer en pleine force da,ns le triangle magnétique / formé des côtés 12, 23, 31.
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vn a pa- exemple prévu au moins dans le triangle de la culasse, pour supprimer les harmoniques du flux d'ordre triple et plus élevé, un enroulement auxiliaire comme enrou- lement d'amortissement qui est dimensionné pour la participation complète de magnétisation des 3èmes harmoniques dans le triangle de culasse.
En cas de forte dispersion des branches il faut disposer sur l'étoile des branches un enroulement d'amortissement pour les 3èmes harmoniques, qui dans la plu- pait des cas existe déjà comme enroulement en triangle (enroulement de travail). Dans chaque cas il doit se trouver près d'un raccordement en retour magnétique immédiat (4 ème et 5 ème branches).
Sur la fige 8, l'enroulement principal monté en étoile est désigné par 4,5, 6. L'enroulement d'amortissement pour le triangle de culasse par 7a et ceux pour l'étoile de branche (dessinés en traits interrompus) par 7b, L'enroulement principal 4, 5,6 est raccordé au réseau U, V, W.
L'enroulement d'amortissement 7a du triangle de culasse peut servir en cas de disposition symétrique, à l'amenée immédiate de la puissance apparente de magnétisation pour la culasse par le fait qu'on lui amène aux sommets la tension du réseau U, V, W soit directement, soit par l'intermédiaire d'un enroulement auxiliaire prévu sur lès branches, non représenté et ayant un rapport de multiplication approprié. Comme la 5ème harmonique dans les courants de magnétisation de la culasse et les branches est décalée en phase de 180 , il se produit par suite du raccordement en parallèle des enroulements de culasse et de branches au réseau, pour de mêmes puissances de magnétisation rapportées à la 5ème harmonique, une compensation des 5 èmes harmoniques dans le courant de magnétisation résultant .
Sans excitation particulière de la culasse, la magnétisation de la culasse doit être amenée de l'enroulement de culasse situé sur les branches à la culasse. Comme par suite des
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conditions de compensation, une égalité approximative des puissances apparentes rapportées à la 5 ème harmonique dans les branches et dans la culasse est nécessaire, il peut se produire une forte dispersion qui provoque des pertes supplémentaires. Par l'excitation dé la culasse au moyen du réseau ou au moyen d'un enroulement auxiliaire prévu sur les branches, cet inconvénient est évité. L'enroulement d'amortissement de culasse doit alors être dimensionné d'après le courant de magnétisation complet nécessaire pour la. partie de culasse.
En cas d'alimentation de l'enroulement de culasse par un enroulement auxiliaire disposé sur les branches, il faut considére- que dans l'enroulement de culasse, contrairement à l'enroulement auxiliaire se trou.vant sur les branches, la 3ème harmonique du coura,nt de magnétisation doit s'écouler également pour que le flux de culasse reste sinusoïdal. L'enroulement de culasse doit par conséquent être fortement dimensionné en concordance.
Tandis que la fig. 8 est basée sur la disposition usuelle de l'enroulement de travail sur les bra,nches, c'est-à-dire sur la partie en étoile du système magnétique composé d'une étoile et d'un tria,ngle, l'enroulement de travail monté en triangle peut également être reporté sur le triangle magnétique qui forme la culasse du circuit magnétique. L'avantage ainsi obtenu, en comparaison d'une disposition dans laquelle l'enroulement de travail se trouve sur le noyau, consiste en ce que l'enroulement de travail ;effectue l'amortissement des 3èmes harmoniques du flux dans la culasse même et qu'un enroulement d'amortissement particulier devient superflu.
La fig.9 montre un exemple de réalisation de ce cas. I, 2,3 sont les branches sans enroulement et 12, 23, 31 le triangle de culasse portant l'enroulement de travail 4,5, 6. A la fig. lu les branches sont encore pourvues d'un enroulement de travail 4a, 5a, 6a qui est monté en parallèle ou en série par
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rapport à l'autre enroulement de travail. La figure même montre la montage en série.
.four les branches formant une étoile magnétique, il est sans importance pour le problème proposé consistant en ce que pour chaque trajet de lignes de force fermé - embrassant au moins deux branches à enroulements - la somme des forces magnétomorices nécessaires s'annule au point de vue des cin- quièmes et septièmes harmoniques, que l'on se trouve en présence d'un montage en étoile ou en triangle. Si l'on -éalise toutefois le montage magnétique en triangle des sec- tions de culasse, par le fait qu'on établit le transformateur sous la forme à cinq branches, qui pour la production de la symétries de l'onde fondamentale de flux dans les sections de culasse peut encore être pourvu d'enroulements auxiliaires, les conditions sont un peu plus compliquées.
Si en effet les deux enroulements de travail sont montés en étoiles ou en zig-zag, ème il se forme dans les branches une 3 harmonique dans le flux. ur, comme on le sait, une 3ème harmonique du flux réagit sur la demands d'ampères-tours totale au point de vue de la 5ème harmonique. il en résulte un dérangement de l'équilibre des ampères-tours de la 5ème harmonique, produit dans l'autre cas. on emploiera par conséquent sur les branches prin- cipales des enroulements auxiliaires connus en eux-mêmes, montés en triangle, ou bien on disposera sur les sections de raccorde- ment en retour des enroulements auxiliaires montés de telle façon qu'ils s'opposent au développement de flux de branche des troisièmes harmoniques mais ne troublent pas la bifurcation naturelle du flux de l'onde fondamentale.
Un réunit alors avan- tageusement les enroulements auxiliaires des sections de rac- cordement en retour à ceux des sections de culasse.
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Les fig. Il à 13 montrent les variantes correspon- da,ntes des transformateurs à cinq branches de la fig. 6. 7a, 7b, 7c, ?d sont les enroulements auxiliaires sur les culasses. A la fig. II, les branches sont pourvues d'un enroulement en trian- gle fermé 8a, 8b, 60* Au lieu de celui-ci, les branches de raccordement en retour peuvent recevoir, comme le montre la fig. 12, des enroulements auxiliaires 9a et 9b pour l'amortis- sement des troisièmes harmoniques de flux, ayant le même sens dans ces branches. Ces enroulements sont reliés ensemble avec croisement de sorte que les forces électromotrices produites par les troisièmes harmoniques s'ajoutent, tandis que les forces électromotrices provoquées par l'onde fondamentale se suppriment.
Si dans les exemples de réalisa.tion des fige l et 2, le nombre de spires de 7b et 7c est par exemple égal à w, celui de 7a et de 7d est égal à . A la fig. I3 on a réuni l'un à
2 l'autre les enroulements 7 et 9 pour l'écon.mie de matière. Les enroulements 7a, 7b, 7c, 7d sont réalisés tous avec le même nombre de spires w. La liaison des enroulements auxiliaires, raccordés aux enroulements 7b, 7c, des sections de culasse extérieures 7a et 7d est faite en parallèle. L'enroulement de culasse se divise alors en deux enroulements en triangle fermés 7a, 7b, 7c et 7b, 7c, ?d pour lesquels la condition existan pour le flux de force concernant # (F31 + F12 + F23) est remplie de la même manière.
R e v e n d i c a t i on s .
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.