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BREVET D' INVENTION "Transformateur-régulateur avec prise de courant à bague de contact". au nom de Georg LEISCHNER L'invention a pour objet un transformateur-régulateur, respectivement une bobine de réactance réglable, dans lequel à l' aide de déviations de flux, on obtient la connevion et la décon- nexion de sections d'enroulement, respectivement de parties de spires de ces sections, sans disposition particulière de l'enroulement de réglage. L'enroulement de réglage,, tout comme l' enroulement basse tension d'un transformateur normal, est un en- roulement à spirale cylindrique à une seule couche dont la surface extérieure sert de surface de contact et doit être dénudée.
Grâce à la suppression des chemins de contact, de leurs connexion avec l'enroulement et des dérivations, on peut réaliser une économie de plus de 30 il de main-d'oeuvre, de cuivre et de soudure pour les contacts. Le volume et le poids de l'ensemble de l'appareil diminuent également et la sécurité de fonctionnement en est accrue.
La prise de courant sur l'enroulemant de réglage ne se fait pas par balais ou galets qui sont, ainsi que l'enroulement luimême, sujets à une forte usure, mais à l'aide d'un contact rêvant.
La sûreté de fonctionnement et la durée du dispositif en marche continue sont ainsi considérablement
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accrues par rapport à d'autres dispositifs régulateurs et les frais d'entretien et de révision en sont par contre fortement abaissés. C'est pourquoi le nouveau dispositif est particulièrement indiqué comme régulateur à action rapide.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, diverses formes d'exécution do l'objet de l'invention. ,
La fig. 1 montre une première forme du transformatcur-, régulateur en coupe longitudinale; la fig. 2 est une coupe transversale de cette même forme, mais sans prise de courant.
Les fig. 3 et 4 montrent en plan et cn coupe la prise de courant à bague de contact.
Les fig. 5 et 6 montrent un transformateur-régulateur possédant toutes les parties illustrées par les fig. 1 à 4.
La fig. 7 montre le même appareil en coupe transvorsale dans l'une de ses positions et la fig. 8 dans une autre position; les fig. 9 et 10 montrent une autre forme d'exécution avec deux culasses de retour du flux magnétique; la fig. 11 montre une autre forme avec quatre culasses de retour du flux magnétique; la fig. 12 montre une autre forme encore avec six culasses de retour du flux; la fig. 13 montre la combinaison de trois transforma- teurs-régulateurs en un régulateur de courant triphasé. la fig. 14 montre un dispositif analogue à celui de la fig. 13, mais avec une disposition différente des culasses intérieures de retour du flux;
la fig. 15 montre un dispositif analogue à celui de la fig. 14, mais simplifié;
La fig. 16 enfin, montre en coupe un transformateurrégulateur dans lequel les enroulements se présentent sous forme d'enroulements cylindriqucs.
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En se référant aux figures 1 et 2, la partie active du corps de fer représenté consiste en un noyau 1 avec les culasses de retour du flux magnétique 2 montées en parallèle, afin de diminuer la dispersion en cas de charge partielle de l'enroulement secondaire. Cet enroulement secondaire consiste en un ruban de cuivre enroulé sur champ et est muni d'une solide coucho intermédiaire isolante qui est disposée en spirale entre les spires. Le ruban dépasse à la surface. Le transformateur-régulateur ainsi construit sans prise de courant ressemble à un transformateur de puissance ordinaire.
La bague de contact, fig. 3 et 4, entoure de son vaste alésage circulaire 8 l'enroulement de réglage 4 qu'elle touche en un point, tandis que les trous rectangulaires 9 de cette bague entourent les culasses de retour du flux 2 et communiquent avec l'alésage 8 de la bague par des fentes 11 .
Les chemins de courant de court-circuit autour du noyau 1 et des culasses 2 qui pourrait être engendré dans la bague 5 sont interrompus par ces fentes 11.
La partie fermée de la bague entoure les flux dirigés en sens contraire l'un de l'autre du noyau et des culasses, de sorte qu'aucune force électromotrice ne peut être induite dans cette partie de la bague et qu'aucun courant de compensation ou de court-circuit n'y est engendré.
Le contact de la bague de prise de courant 5 avec n'importe quel point de l'enroulement de réglage 4 s'effectue de la façon suivante : les broches 6 disposées dans les trous
10 et supportées avec leurs tourillons excentrés 7 par les paliers 8 tournent synchroniquement, de sorte que la surface intérieure de l'alésage 8 de la bague 5 roule sur la surface extérieure de l'enroulement de réglage.
Le contact d'une surface de contact de la bague 5 avec l'enroulement 4, sur le parcours d'une fente 11 à l'autre, connecte à chaque fois une demi-spire de cet enroulement.
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A chaque passage des/surfaces de contact de la bague 5 en regard des fentes 11, l'une do ces fentes est couverte par l'onroulement, de sorte quo la partie de la bague entourant le trou 9 forme chaque fois avec la partie de l'enroulement couvrant la fente un chemin de courant de court-circuit entourant une culasse de retour du flux et dévie le flux de cette culasse (0 / 2,du flux principal). La position de la bague de contact, fig. 6, ne provoque aucune déviation do flux, car la bague touche l'enroulement 4 au milieu de la surface de contact et les deux fentes 11 sont ouvertes.
Dans la position réciproque des pièces représentée dans la fig. 7, la bague est ccurt-circuitée par la fente 11.
La culasse de retour du flux 2' est encerclée et lc flux y cst supprimé. La ligne pointillée représente la ligne de courant de court-circuit. Dans cette position, la culasse de retour du flux 2 doit donc conduire le flux tout entier.
Dans la fig. 8, la bague de contact est dans la position inverse; la fonte Il est courtcircuitée et le flux dans la culasse 2 supprimé. La culasse 2' doit donc ici conduire le flux tout entier. La ligne pointillée représente le chemin de courant de court-circuit qui entoure la culasse de retour du flux 2.
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Dans le transformateur-régulotour selon los fig. 9 et 10, il y a deux culasses de retour du flux (transformateur à enveloppe). L'enroulement de réglage est fait en fil rond.
L'enroulement primaire 3 se compose de dix bobines élémentaires branchées en parallèle pour diminuer la dispersion. L'isolation entre les enroule monts primaire et secondaire sc présente sous forme d'un corps cylindrique muni extérieurement d'une rainure en spirale destinée au logement de l'enroulement de réglago 4 en fil rond. La moitié de cet enroulement 4 dépasse le cylindre isolant et sert de surface do contact.
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La surface de contact de la bague do prise de courant
5 est concave et correspond à la surface convexe de l'enroule-. ment de réglage 4. La prise de courant 5 n'est pas circulaire extérieurement, mais rectangulaire et correspond au profil du transformateur. les broches 6 avec los tourillons 7 sont placés à l'extérieur des deux côtés dos culasses do retour du flux.
Les broches 6 portent un filetage dont l'inclinaison correspond à colle de l'enroulement de réglage 4. Les broches 6 sont reliées l'une à l'autre par des roues dentées, ou des transmissions pour chaine ou par manivelle de façon à ce que leur mouvement synchronisé assure un guidage impeccable de la bague de contact le long de l'enroulement de réglage.
Si, grâce à la coopération des profils convexes et concaves ou autres de l'enroulement de réglage et de la bague de contact et grâce aux spirales proéminentes on obtient un guidage et un déplacement tout à fait surs de la bague 5, on peut, au lieu des broches, utiliser des arbres lisses avec tourillons excentrés, à la surface desquels la bague de contact se déplace. Pour obtenir un meilleur guidage de cette bague et éviter une perte d'équilibre et un coincement entre celle-ci et les broches, il est avantageux de munir les trous 10 (fig. 3) de rebords ou d'épaulements en forme de manchons.
Pour maintenir un contact doux entre prise de courant et enroulement de réglage et pour conformer la bague de contact aux aspérités de l'enroulement, il est avantageux de monter élastiquement les tourillons 7 des broches 6. Ceci permet aussi de travailler avec un nombre de tours élevé dos bro- ches et d'utiliser le transformateur-régulateur comme régulateur à action rapide.
Les tomes d'exécution des fig. 1 à 10 décrites jusqu'à présent sont munies de deux culasses de retour du flux, ce qui permet de brancher et de débrancher une demi-spire de l'enroulement de réglage.
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Si cependant les phases de connexion ou de réglage doivent être inférieures à une demi-spire (régulateur fin), il faut alors augmenter le nombre des culasses de retour du flux C'est le cas pour le transformateur-régulateur illustré dans la fig. Il qui possède quatre culasses de retour du flux 2 et dont la bague de contact 5 comporte quatre segments de contact.
Cette bague est entraînée par les broches ou arbres 6 et roule à la surface de l'enroulement de réglage 4, le long de celuici. L'enroulement primaire 3 est placé à l'intérieur de l'enroulement de réglage 4 et entoure les noyaux 1 qui guident le flux #. Chacune des culasses de retour du flux conduit un flux égal à # / 4.
La déviation du flux lors d'un passage de la bague 5 d'un segment à l'autre s'effectue selon / 4. La connexion et la déconnexion de l'enroulement de réglage se fait par quarts de spires à la fois.
La fig.12 montre un transformateur-régulateur avec un noyau 1 et six culasses de retour du flux 2 conduisant chacune 1/6 du flux principal #. L'enroulement primaire 3 est à l'intérieur et l'enroulement de réglage 4 à l'extérieur. La bague de contact 5, entraînée par les arbres ou broches 6 est munie de six segments de contact, qui, au cours du processus de réglage, roulent sur la surface dénudée de l'enroulement de réglage.
Au cours de ce processus de réglage, la connexion et déconnexion de l'enroulement se fait par sixièmes de spires à la fois.
En augmentant le nombre des culasses de retour du flux et des segments de contact de la bague, on peut augmenter à volonté la finesse du réglage.
La fig. 13 représente une combinaison de trois transformateurs-régulateurs en un régulateur de courant triphasé. Les noyaux 1 portent les enroulements primaires 3 à l'intérieur,
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tandis que l'enroulement secondaire 4 est disposé à l'extérieur.
Chaque noyau 1 possède deux culasses de retour du flux 2 disposées de chaque côté. Les bagues de contact des trois transformateurs sont réunies en un segment 5 qui est entraîné par les broches ou axes 6 supportés par les tourillons 7 et qui so déplace le long des enroulements de réglage 4. Les fentes entre les demi-surfaces de contact sont décalées de 120 d'un transformateur à l'autre; on obtient ainsi que le flux de chaque transformateur individuel, c'est-à-dire de leurs culasses de retour du flux est supprimé alternativement, avec une alternance correspondant à un déplacement angulaire du segment de contact de 60 .
La fig. 14 montre une installation analogue à celle de la fig. 13 avec la différence que les culasses de retour du flux 2' placées à l'intérieur sont réunies par paires en une seule culasse qui conduit les flux de deux phases voisines.
Les références de la fig. 14 sont les mêmes que celles de la fig. 13.
L'installation représentée dans la fig. 15 est encore simplifiée par rapport à la précédente (fig. 14). Par la suppression des culasses de retour du flux 2 (fig. 4), l'appareil devient un transformateur à cinq noyaux avec trois noyaux principaux 1 et deux culasses de retour 2 disposées aux deux côtés.
Ces culasses 2 reçoivent au cours du réglage alternativement le flux dévié. Les broches 6 avec les tourillons 7 entraînent le segment de contact 5.
Pour obtenir un contact meilleur et plus sur, le seg- ment de contact 5 (fig. 13 à 15) qui constitue un ensemble commun peut être fait do trois segments individuels reliés électriquement par des organes intermédiaires souples et conducteurs et peuvent porter des accouplements élastiques pour la transmission des efforts mécaniques de déplacement, de sorte que les segments des enroulements de phase individuels peuvent
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être adaptés individuellement à chaque condition de l'chroulement de réglage.
Comme les segments de contact 5 forment dans les transformateurs-régulateurs (fig. 13 à 15) décrits on dernier lieu le point de jonction de l'enroulement de réglage, on peut aussi, dans les cas où une séparation électrique des différentes phases devient nécessaire, effectuer cette séparation en trois segments partiels avec pièces isolantes,
Le départ du courant des segments de contact s'effectue au moyen de connexions souples ou de glissières.
On peut aussi utiliser les broches ou arbres 6 ,pour conduire le courant du système mobile de contact aux bornes fixes. Dans toutes los formes d'exécution, on peut utiliser au lieu de l'enroulement de réglage rond un enroulement ovale ou rectangulaire avec des segments de contact conformes à la surface de l'enroulement.
Les enroulements de réglage peuvent aussi être faits en aluminium avec un mince revêtement de cuivre ("Cupal").
Les étroites bandes 12 du segment de contact 5 (fig. 3) peuvent tre faites avec résistance accrus ou sous forme de connexions de résistance dans le but d'amortir le courant de court-circuit pendant la déconnexion du flux ou de le rendre inoffensif. L'arrivée du courant se fait avantageusement au centre des connexions de résistance, de sorte que le courant soit distribué de chaque côté selon J/2. Comme tous les centres de ces connexions de résistance ont le même potentiel, ils peuvent être reliés métalliquement ensemble et former ainsi un seul raccordement.
La surface de l'enroulement de réglage peut aussi être munie de rainures dans lesquelles la bague de contact est engagée pour procurer un guidage plus sûr du contact.
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La tranche de l'enroulement de réglage peut aussi être plate et libre avec des surfaces de contact latérales qui coopèrent pour assurer une bonne prise de contact avec des rebords semblables à des brides de la bague de contact.
Comme dans les contacts à pression, la surface externe de l'enroulement de réglage ou la surface interne de la bague de contact peuvent être munies de parties saillantes servant à assurer un bon contact.
On peut employor avantageusement un transformateur régulateur selon l'invention comme bobine de rdactance pour commuter d'un étage à l'autre le courant de charge dans les transformateurs à étages. Il est aussi particulièrement indi- qué comme inductance réglable pour la soudure à l'arc et pour bien d'autres applications.
La fig. 16 montre en coupe transversale un autre ex- emple d'exécution du transformateur faisant l'objet de l'inven- tion.
Les noyaux 1 sont disposés en cercle et sont entourés par l'enroulement primaire 3, ainsi que par l'enroulement se- condaire 4. Les culasses de retour du flux 2 sont en dehors de l'enroulement et également disposées en cercle. Ce\culasses
2 peuvent aussi être réunies en un seul corps se présentant sous forme, par exemple, d'un cylindre constitué par des toles en développante et enfermant l'enroulement à la façon d'une enveloppe.
La surface de contact est ici constituée par la surface intérieure de l'enroulement de réglage 4 qui, à cet effet, doit être dénudée; la prise de courant 5 roule sur cette surface et sert au départ du courant délivré.
Les segments de contact en forme de T s'engagent entre les noyaux 1; leur surface supérieure est conforme à celle de l'enroulement de réglage et ils forment ainsi un corps à forme rayonnée.
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Le mouvement de la prise do courant;. abstraction faite du mouvement do va-et-vient, est excentrique et est engendré à l'aide d'une broche ou arbre 6 supportée par les tourillons excentrés 7. Si l'on fait usage d'une broche filetée 6, la surface intérieure de l'enroulement de réglage peut être lisse, car le mouvement de va-et-vient est produit par le filetage de la broche dont l'inclinaison doit correspondre à celle des spires de l'onrotllcmento
Si au contraire l'on utilise un arbre lisse 6, le mouvement de va-et-vient do la prise de courant est produit par l'enroulement de réglage lui-même ou par l'isolation faisant saillie entre les spires de cet enroulement;
exactement comme dans les exemples décrits et représentés précédemment.
Les bras des segments de contact de la prise de courant 5 qui s'engagent entre les noyaux 1 peuvent être montés élastiquement, afin que les têtes de contact puissent se tourner quelque peu et mieux se conformer ainsi à l'obliquité correspondante des spires de l'enroulement de réglage.
Cette construction des segments de contact peut également s'employer dans toutes les formes d'exécution déjà décrites ; il en est de même de l'exécution spéciale décrite plus loin.
Les transformateurs-régulateurs peuvent aussi comporter plusieurs prises do courant pour chaque enroulement de réglage. Pour des régulateurs de courants de grande puissance, on peut disposer' les uns dans les autros ou les uns au-dessus des autres plusieurs enroulements électriquement séparés (enroulements multiples) ou composés de plusieurs groupes équipés chacun d'une ou de plusieurs prises de courant,
Si 1 on désire obtenir de fortcs différences de tension avec un nombre de -trous réduit des axes et broches d'en- traînement, il est avantageux de disposer doux ou plusieurs transformateurs au-dessus ou à côté les uns des autres et de
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relier leurs prises de courant électriquement de telle façon que celles-ci,
servant de ponts de conne ion, branchent en série.
Les spires supplémentaires des enroulements de réglage ou des groupes d'enroulements des trous formateurs, de fa- çon à ce qu'on puisse obtenir les tensions réglées aux bornes fixes des enroulements. On peut à l'aide de cette disposition brancher en série un nombre quelconque de groupes d'enroulements de deux ou de plusieurs transformateurs avec plusieurs groupes de prises de courant.
Si l'on utilise plusieurs prises de courant à un transformateur ou à un groupe de transformateurs, qui sont reliés ensemble, il est avantageux de prévoir les mouvements des prises de courant de telle façon qu'une seule d'entre elles se trouve à tout moment en position de court-circuit et qu'ainsi un seul des flux partiels parcourant les culasses de retour du transformateur ou du groupe de transformateur correspondant soit dévié à la fois.
Le courant de court-circuit et la puissance de courtcircuit dans une position transitoire sont ainsi considérablement diminués et par conséquent aussi le courant à vide et la puissance à vide.