BE419508A - - Google Patents

Description

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  Transformateur triphasé, à trajets de fer partiellement ou totalement divisés. 



   La présente invention se rapporte à des trans formateurs triphasés dans lesquels le courant de magnétisation fourni par le réseau doit être débarrassé des harmoniques supérieures de 3e, 5e ou 7e ordre sans moyens auxiliaires extérieurs ni appareils supplémentaires. Ceci est obtenu suivant la présente invention par l'emploi d'un noyau à trajets de fer partiellement ou complètement divisés, dans lequel les ondes fondamentales du 

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 flux sont déphasées de telle façon l'une par rapport à l'au- tre dans les parties des branches qu'un échange de 3e, 5e ou 7e harmoniques supérieures dans le flux. ou dans la demande d'ampères-tours a lieu entre les branches par- tielles.

   Comme alors les harmoniques supérieures, dont il faut toujours tenir compte autrement cana le cnoix de   la   saturation, n'apparaissent plus à l'extérieur, on peut aller très haut avec la saturation du fer, par exemple au- delà de   14.000   Gauss et l'on obtient de cette   manière   eh outre un transformateur très peucoûteux. 



   Pour la réalisation de l'idée de   l'invention,   on peut par exemple partir du fait connu que les 5eharmoniques sont supprimées dans une ligne lorsqu' on monte ensemble deux transformateurs dont l'un. est établi en étoile et l'autre en triangle. 



   Une semblable disposition est   representee   à la   rig.I   pour une phase. On a représenté par g une génératrice. De celle-ci part la ligne h qui se divise en des lignes il ,i2 auxquelles sont raccordés des transformateurs k1,k2, L'un de ces transformateurs, par exemple kl, est monté en triangle et l'autre, k2,est monté en étoile. Entre les deux transformateurs il existe pour la fréquence fondamentale un décalage de phase de 30 , et par conséquent pour les cinquièmes harmoniques un décalage de 5 x 30  = 150 , Les cinquièmes harmoniques des deux transformateurs k1, k2 se trouvent en contre-phase dans les lignes extérieures, de sorte que dans la ligne d'amenée commune h la cinquième harmonique disparaît pratiquement. 



   Une semblable disposition ne peut toutefois se faire que dans des conditions bien déterminées et suppose avant tout l'existence de deux transformateurs. Suivant la pré- sente invention on parvient en cas d'emploi d'un seul trans- formateur, à supprimer presque complètement la cinquième harmonique par le fait qu'on divise le noyau en deux parties,   @   

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 ce qui se fait   déj à le   plus souvent au point de vue du refroidissement et qu'on munit l'une des parties de l'enrou- lement en étoile et l'autre partie de l'enroulement en triangle. L'enroulement en étoile-triangle peut être pourvu de raccordements et servir à l'alimentation d'un réseau ou bien être disposé comme enroulement tertiaire sans raccorde- ment, simplement pour la production du courant de magnétisa- tion. 



   On a représenté à la   fig. 2   à titre d'exemple une coupe dans un transformateur triphasé suivant la présente invention. Les trois branches du noyau sont composées de deux parties. Les unes des moitiés de noyau 1a,2a, 3a portent les enroulements 4a, 5a,6a montés en triangle et, les autres moitiés de noyau 1b, 2b, 3b les enroulements 4b, 5b, 6b montés en étoile. Entre les fentes médianes du noyau, les parties d'enroulement ont une forme plate rectiligne pour que le diamètre du noyau ne soit pas agrandi   notab lement.   On a re- présenté à la fig. 3 le schéma de montage pour les enroule- ments.

   Si les enroulements ne doivent pas servir seulement d'enroulement tertiaire mais doivent être mis à contribution pour le débit de puissance, les raccordements doivent être réalisés aux points de liaison des deux enroulements, c'est-à- direen U,R,S. 



   Tandis que dans un transformateur suivant la fig.   2,   l'échange des 5e harmoniques a lieu dans la demande d'anpères- tours, on peut le produire également immédiatement dans le flux lorsqu'on compose le flux de branche d'un transforma- teur triphasé à branches divisées pour l'onde fondamentale,de deux flux partiels déphases de 36 . Les Ses harmoniques formées par les flux partiels sont alors Déphasées l'une par rapport à l'autre de 1800 et s'annulent dans le flux résultant. La Se harmonique disparait également de la demande d'ampères-tours résultante de la branche. 

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   En conséquence, on a prévu des moyens à l'aide des- quels les flux de l'onde fondamentale formant entre eux un autre angle de phase sont déphasés dans les parties de branche de 36  l'un par rapport à l'autre. Le déphasage nécessaire des flux partiels, avantageusement choisis de mêmes grandeurs, d'une branche peut être obtenu par le fait que l'on donne au noyau de fer une forme de transition entre la disposition magnétique en étoile et celle en triangle. On peut prévoir à cet effet dans le noyau connu en cadre des points de transi- tion à résistance magnétique variable. Le réglage de cette dernière se fait par des fentes ou des rangées de broches. 



   On a représenté à la fig. 4 un exemple de réalisation de l'invention pour un transformateur du genre à noyau en cadre. 1a, 1b, 2a, 2b, 3a,3b sont les branches partielles qui sont entourées chacune de parties de l'enroulement auxiliaire 10. A l'endroit où les culasses 12, 13, 23 des cadres se rencontrent, on a créé. au moyen de tôles de fer une transition magnétique II. La disposition représente par conséquent une forme intermédiaire entre le noyau en cadre proprement dit (montage magnétique en triangle) et un noyau avec branches d'une pièce ( montage magnétique en étoile). Tandis que dans le premier les flux partiels ¯ ¯aet ¯¯d'une branche possèdent un déphasage de 60 , il est, dans le second, égal à zéro dans les deux moitiés.

   Dans la disposition suivant l'invention il se superpose dans les moitiés de branche un flux en triangle et un flux en étoile dont les composantes sont telles que les flux partiels résultants acquièrent un déphasage de 36  l'un par rapport à   l'autre.   Le diagramme vectoriel correspondant est représenté à la fig. 5. La composante de tirangle ¯ ¯ a ou ¯ ¯ vaut 65% et la composante d'étoile ¯8a ou ¯8e vaut   44%   du flux partiel totale au¯1e .Tandis que dans le noyau ordinaire en cadre, l'onde fondamentale de l'induction dans les 

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 moitiés de branche se trouve à 13 % au-dessus de l'induction résultante utilisable de la branche, la différence dans le cas de   l'encement   suivant la présente invention avec 36  de déphasage des flux partiels vaut seulement 5%. 



   On produit le rapport de grandeurs indiqué entre les composantes d'étoile et de triangle par un dimensionnement approprié de la résistance magnétique de transition s de la pièce magnétique II du point   d'étoile.   Pour s = 0, on a ¯¯a =¯¯e=ol Si l'on conserve un entrefer comme dans le noyau en cadre ordinaire, on doit poser pratiquement s égal à l'infini. On a alors ¯8a=8e= 0. On peut faire varier à volonté la résistance magnétique de II par le choix d'une matière de conductibilité magnétique connue ou par   l'incor-   poration d'un enroulement amortisseur analogue à l'enroule- ment en barre du rotor en court-circuit. 



   L'enroulement auxiliaire IO qui entoure les deux moi- tiés de branche en sens inverse avec le même nombre de spires est nécessaire en vue de la suppression de la troisième har- monique de flux qui peut se former dans tout flux en triangle et qui a pour conséquence une inversion de la cinquième har- monique dans la force magnétomotrice du flux en triangle. On peut également le placer dans la culasse comme le montre la fig. 6. Le point magnétique d'étoile est alors divisé, comme on le voit particulièrement clairement à la moitié supérieure de la fig.   6,   en deux points de transition lia et 11b situés des deux côtés de la branche moyenne.

   On peut produire de cette manière pour le flux en étoile   de   meilleures conditions de symétrie tandis que l'égalité des résistances magnétiques des trajets de flux pour le triangle magnétique peut être obtenue par un dimensionnement approprié de la culasse. 



   On peut produire la subdivision des noyaux et des culasses non pas par des fentes mais également par des broches mises en court-circuit à la manière de la cage d'amortisseur. 

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  On obtient ainsi des culasses non divisées ou des branches non divisées qui pour des raisons constructives et de fabrication sont à préférer aux parties de noyau fendues. Une forme de réalisation appropriée comportant une minime con- sommation de cuivre est montrée à la moitié inférieure de la fig. 6. Les fentes dans les branches y sont conservées tandis que la culasse n'est pas divisée mais pourvue d'une rangée de broches. Une partie des broches est mise en court- circuit par des étriers et influence les points de transi- tion 11a et 11b entre les culasses de deux cadres. Une au- tre partie des broches est reliée en un enroulement amortis- seur 10. La séparation des flux partiels dans la culasse est produite en partie par les cages   d'amortissement   qui sont formées au moyen des broches, en partie par l'enroulement auxiliaire 10.

   L'enroulement auxiliaire 10 possède pour le flux en triangle et en étoile le même nombre de spires dans toutes les trois phases et rend nécessaire la   condition #¯=0.   



  Si l'on subdivise la cage d'amortisseur des broches symétrique- ment par rapport à la ligne médiane représentée en pointillé, il peut s'écouler un flux en étoile qui ne produit aucune tension dans l'enroulement auxiliaire et qui n'est par consé- quent pas gêné par l'enroulement auxiliaire 10. 



   Le déphasage de 36  des flux de branche dans une branche divisée par des fentes ou par une cage d'amortisseur peut être produit également par une excitation supplémentaire qui est amenée au noyau dans une position de phase appropriée par l'intermédiaire d'un enroulement d'arrière entourant la branche partielle. 



   La fig. 7 représente un exemple de réalisation de ce 
 EMI6.1 
 cas. On a désigné par 1, lb a 2", 2 3 3 les branches partielles du transformateur triphasé dont les enroulements principaux ont été mis de c8té pour plus de simplicité. Les culasses ne sont pas divisées. IO est un enroulement d'arrière. 

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  Il reçoit d'une source de courant étrangère par l'inter-   médiaire   d'un réseau RST une tension auxilaire ¯E qui forme avec la tension de phases de l'enroulement principal un angle de 90 . La tension auxiliaire produit un flux supplémentaire ¯¯¯dans les branches partielles . Le diagramme vectoriel des flux partiels est représenté à la fig. 8.   Si   est le flux qui se produit dans les branches partielles sans excitation supplémentaire et si l'on choisit le flux auxiliaire perpendiculaire à celui-ci ¯¯ = 0,32¯, l'angle de phase entre les flux résul-   tants ¯la, ¯I @est   égal à 36  dans les branches partiel- les. Il est avantageux de raccorder l'enroulement d'arrière en montage en triangle car il ne peut se former alors dans le flux supplémentaire aucune troisième harmonique de flux . 



   La fig. 9 montre comment la tension auxiliaire du transformateur lui-même peut être produite dans un enroulement tertiaire 4, 5, 6. L'enroulement tertiaire doit être monté en étoile dans le cas du montage en triangle de l'enroulement auxiliaire 10. Le diagramme vectoriel de tension correspondant est représenté à la fig. 10. E est la tension de phase de l'enroulement tertiaire et E' la tension existant à une phase de chaque enroulement d'arrière. 



     L'enroulement   d'arrière 10 peut également être reporté dans la culasse comme on l'a représenté à la fig.II. 



  ± la place des fentes, on peut prévoir des rangées de bro- ches correspondantes dans un noyau non fendu. 



   Un noyau suivant la présente invention, à branches fendues, dans les parties desquelles les harmoniques fonda- mentales sont déphasées de 60  l'une par rapport à l'autre, peut être utilisé finalement pour qu'il se produise un échange des troisièmes harmoniques dans le flux. Comme les troisièmes harmoniques sont déphasées l'une par rapport à l'autre de 180  dans les branches partielles, leur action s'annule sur l'enroulement principal. Or, comme on le sait, 

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 la cinquième harmonique peut être supprimée par le fait que   l'on   influence la troisième harmonique pour ce qui concerne la grandeur et la phase.

   On a donc la possibilité, également en cas d'emploi du noyau de fer divisé, de supprimer la cinquième harmonique par bloquage de parties du circuit magnétique contre la troisième harmonique du flux sans que l'on soit lié à un mode d'enroulement déter- miné ppur l'enroulement principal du transformateur. La méthode connue pour la suppression des cinquièmes harmoni- ques par réglage des troisièmes harmoniques supposait au contraire jusqu'à présent un montage en étoile de l'en- roulement du transformateur. Ces idées vont d'abord être expliquées au moyen de l'exemple d'un noyau triphasé en disposition magnétique pure de triangle, suivant la fig.I2. la, lb, 2a, 2b, 3a, 3b sont les branches composées de deux parties qui sont reliées pour former des cadres par des culasses 12, 23, 31 , les culasses formant un triangle. 



  4, 5, 6 sont les enroulements principaux du transforma- teur. La fig. 13 représente le diagramme vectoriel cor- respondant. Les flux F dans les branches sont pourvus chacun   d'un   indice correspondant aux parties de noyau. 



  Comme cela résulte de la partie supérieure du diagramme vectoriel, les flux partiels des harmoniques fondamentales sont déphasés de 60  l'un par rapport à l'autre dans les branches partielles. Une troisième harmonique de flux existant dans les flux partiels des branches et qui se produit par suite d'une troisième harmonique manquant dans le courant de magnétisation et est indiquée par des flèches à la fig. 12, peut s'écouler sans influencer l'enroulement principal, car étant donné le décalage de phase existant des ondes principales de 60 , les troisièmes harmoniques sont égales mais dirigées en sens opposé dans les branches partielles juxtaposées entourées d'un enroulement princi- pal. 

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   Si l'on affaiblit d'une manière connue la troisième harmonique de flux par le fait qu'on relie la tension induite par celle-ci dans un enroulement auxiliaire à une inductivité de puissance correspondante, la cinquième harmonique dans le plan de magnétisation passe par zéro. La fig. 14 montre une semblable disposition pour un noyau en cadre obtenu à partir du noyau de la fig. 12 par rabattement des parties dans un plan. On a employé pour les différentes parties les mêmes désignations   qu'à   la fig. 12 On a prévu en outre des   enrou-   lements auxiliaires 7a, 7b, 8a, Sb et 9a, 9b sur les branches partielles, qui sont montés en série entre eux et sont mis en cour t-circuit au moyen   d'une   bobine de selfinduction 14. 



   La charge par une selfinduction auxiliaire particulière 14 devient superflue lorsque, comme on l'a représenté à la fig.. 15, on s'efforce d'obtenir une forte dispersion de l'enroulement de poussée, par exemple par suppression des spi- res sur les moitiés du noyau et la disposition d'enroulements seulement sur les parties des deux culasses; Les nombres de spires de ces enroulements auxiliaires 78, 89, 97 sont égaux entre eux. 



   Si l'on dispose l'enroulement de poussée suivant la fig. 16 seulement sur une culasse, par exemple sur la culasse supérieure et si l'on prévoit entre les noyaux partiels - pour autant qu'ils ne portent pas d'enroulements auxiliaires - un entrefer relativement petit, la consommation d'ampères-tours des cinquièmes harmoniques   Est   la suivante : 
I. Culasse supérieure et branche supérieure : 
Sous l'influence de l'enroulement   d'amortisseur,   on obtient un flux sinusoïdal. La cinquième harmonique AW5 exigée pour la magnétisation est positive. 



   / 

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II. Milieu de branche : 
L'effet de bloquage de l'enroulement d'amor- tisseur pour cette zone n'est plus pleinement suffisant. Le flux transporte une troisième harmonique affaiblie. La cinquième harmonique de la magnétisation passe par zéro. 



   III. Culasse inférieure et branche inférieure : 
L'enroulement d'amortisseur est inactif. La troisième harmonique apparaît avec sa pleine valeur dans le flux. La cinquième harmonique de la magnétisation est négative. 



   En cas de dimensions appropriées des cadres et des enroulements d'amortisseur, AW devient par conséquent égale à 
5 zéro sur un cadre, de sorte que la cinquième harmonique dis- paraît complètement dans le flux. 



   L'efficacité de l'enroulement d'amortisseur peut être renforcée par un affaiblissement, effectué dans le même rap- port, des parties de culasse entourées par les enroulements de poussée, en outre par des cages deamotisseur ou des tôles   d'anortisseur   dans la fente de la culasse, et dans les fentes du noyau. 



   Une. hypothèse importante pour la disparition des cinquièmes harmoniques est l'égalité des circuits Magnétiques au point de vue de l'onde fondamentale.   Liais   comme la phase médiane possède de plus courts trajets pour les lignes de force dans les culasses que les phases extérieures, il est à recommander de rétablir l'égalité de la résistance magnétique par le fait qu'on exécute la branche du milieu avec une sec- tion plus faible que les branches extérieures, car sinon la troisième harmonique apparaît de nouveau dans le courant de magnétisation.

Claims (1)

1. EMI11.1

   R e v e nd 1 c a t 1 o n s .

   1/Transformateur à courant triphasé, à trajets de fer partiellement ou complètement divisés, caractérisé en ce que les ondes fondamentales des flux dans les parties d'une branche sont déphasées l'une par rapport à l'autre, de sorte qu'un échange des 3es, 5es ou 7es harmoniques dans le flux ou la demande d'ampères-tours entre les branches partielles se produit et que de ce fait le courant de magnétisation fourni par le réseau est débarrassé de ces ondes supérieures.

   2/ Transformateur suivant la revendication I, caractérisé en ce que le noyau de fer est divisé suivant la longueur et en ce qu'il y a sur une partie du noyau de fer un enroule- ment en étoile et sur l'autre partie un enroulement en triangle ( fig. 2).

   3/ Transformateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les conducteurs des enroulements servant à la suppression des cinquièmes harmoniques ont une forme plane et plate dans la fente entre les parties de noyau.

   4/ Transformateur suivant les revendications 2 et 3, carac- térisé en ce que les enroulements montés en étoile et en triangle et se trouvant sur les moitiés de noyau sont pour- vus de raccordements de courant pour l'alimentation d'un réseau.

   5/ Transformateur suivant les revendications I à 3, caracté- risé en ce que les enroulements montés en étoile et en trian- gle et se trouvant sur les moitiés de noyau se trouvent simplement comme enroulements tertiaires sur le transforma- teur.

   6/ Transformateur suivant la revendication I, caractérisé en ce que des moyens sont prévus par lesquels les ondes fonda- mentales sont déphasées de 36 l'une par rapport à l'autre, de sorte que la cinquième harmonique tombe des ampères-tours <Desc/Clms Page number 12> résultants de la branche, 7/ Transformateur suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'on a prévu sur un noyau en cadre des endroits de transition pour le flux magnétique, de telle manière que dans chaque moitié de branche, le flux se compose du flux de triangle du noyau en cadre et du flux en étoile d'un noyau à branches non divisées ( fig. 4 et 6).

   8/ Transformateur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la résistance magnétique des endroits de tran- sition est réglée de telle faon que dans chaque moitié du noyau, le flux de triangle vaut 65% et le flux d'étoile 44% du flux total d'une moitié de noyau.

   9/ Transformateur suivant les revendications 7 et 8, ca- ractérisé en ce que la résistance magnétique à l'endroit de transition est réglée par la conductibilité de la matière.

   10/ Transformateur suivant les revendications 7 et 8, ca- ractérisé en ce que la résistance magnétique à l'endroit de transition est réglable au moyen d'une rangée de broches à la manière d'une cage d'amortisseur.

   II/ Transformateur suivant les revendications 7 à 10, ca- ractérisé en ce que pour supprimer les troisièmes harmoni- ques existant dans le flux de triangle, on a prévu un en- roulement d'amortisseur qui entoure les flux partiels de chaque phase avec des spires égales s'étendant en sens opposé.

   12/ Transformateur suivant la revendication II, caractérisé en ce que l'enroulement d'amortisseur pour la suppression des troisièmes harmoniques est prévu sur les culasses et en ce que les endroits de-transition entre les cadres sont divisés chaque fois en deux parties situées des deux c8tés de la branche médiane ( fig. 6).

   13/ Transformateur suivant les revendications II et 12, ca- ractérisé en ce que l'enroulement d'amortisseur est formé d'une rangée de broches. <Desc/Clms Page number 13>

   14/ Transformateur suivant les revendications 6 à 13, caractérisé en ce que les fentes sont remplacées partielle- ment ou totalement par une rangée de broches mise en court-circuit.

   15/ Transformateur suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'on a prévu un enroulement d'arrière entourant les branches partielles et au moyen duquel, à l'aide d'une tension auxiliaire appliquée à celui-ci, on produit le déphasage des flux partiels de 36 ( fig. 7, 9, II).

   16/ Disposition suivant la revendication 15, caractérisée en ce que la tension auxiliaire est empruntée à une source de courant triphasé comportant une position de phases telle qu'elle forme avec la tension de phase de l'enroulement principal un angle de 90 .

   17/ Disposition suivant les revendications 15 et 16, carau- térisée en ce que l'enroulement d'arrière est raccordé à la tension auxiliaire en montage en triangle.

   18/ Disposition suivant les revendications 15 à 17, carac- térisée en ce que la tension auxiliaire est empruntée à un enroulement tertiaire du transformateur.

   19/ Disposition suivant la revendication 18, caractérisée en ce que l'enroulement d'arrière est monté en triangle et l'enroulement tertiaire en étoile.

   20/ Disposition suivant les revendications 15 à 19, caracté- risée en ce que l'enroulement d'arrière est disposé sur la culasse du transformateur ( fig. II).

   2I/ Transformateur suivant la revendication I, caractérisé en ce que pour la suppression des cinquièmes harmoniques EMI13.1 dans le courant de magnétisation aS/un transf'cnrmateur tri- phasé par une influence exercée sur les troisièmes harmoni- ques dans le flux du transformateur, on a prévu une réalisa- tion telle du noyau que la troisième harmonique du flux est compensée par branche dans son action sur l'enroulement principal et que la suppression de la cinquième harmonique <Desc/Clms Page number 14> du courant de magnétisation se fait par b loquage de parties du circuit magnétique par rapport à la troisième harmonique du flux.

   22/ Disposition suivant la revendication 21, caractérisée en ce que les parties du noyau forment un triangle magnétique de telle manière que chacune des branches est formée de deux branches partielles entourées d'un enroulement principal et que toujours deux branches partielles appartenant à des phases différentes sont assemblées par des culasses en un cadre ( fig. 12, 14 à 16).

   23/ Disposition suivant les revendications 21 et 22, caracté- risée en ce qu'on a prévu un noyau en cadre triphasé situé dans un seul plan ( fig. 14. à 16).

   24/ Disposition suivant les revendications 21 à 23 , caracté- risée en ce que les noyaux partiels portent des enroulements de poussée qui sont montés en série entre eux et sont mis en court-circuit par l'intermédiaire d'une bobine de selfin- duction.

   25/ Disposition suivant les revendications 21 à 23, caracté- risée en ce que seules les parties de culasse portent un enroulement de poussée sur les deux côtés.

   26/ Disposition suivant les revendications 21 à 23, caracté- risée en ce qu'un enroulement de poussée est prévu seulement sur la culasse supérieure ou la culasse inférieure et en ce qu'entre les différents cadres, pour autant qu'ils ne portent pas d'enroulement de poussée, il n'y a qu'un étroit entrefer.

   27/ Disposition suivant les revendications 21 à 26, caracté- risée en ce que l'action de l'enroulement d'amortisseur est aidée par l'affaiblissement des parties de culasse entourées par lui, par des cages d'amortisseur ou par des tôles d'amor- tisseur dans les fentes de la culasse et du noyau.

   28/ Disposition suivant les revendications 21 à 27. caractéri- sée en ce que la section transversale de la branche médiane est faite plus faible que celle des branches extérieures. EMI14.1 r . ' :, -,,/ 7 I:"'ULI"""-...'.d 1.L7J...LlV .............