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" Dispositif servant à remédier aux surtensions,"
La présente invention est relative à un dispositif servant à remédier aux surtensions résultant de chocs qui se -produisent aux points d'enroulement des transformateurs comportant plusieurs couches montés en parallèle.
Dans les transformateurs, dont l'enroulement est fait de oouohes montées en parallèles sous forme d'un enroulement poly- oylindrique, les différentes oouohes doivent se croiser, ainsi que l'on le sait, afin que dans les différents enchevêtrement de oouohes, il ne se produise pas de courants de oompensation
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avec le flux dispersé à l'intérieur des brins montés en paral- lèles. par exemple, un enroulement aveo n couches doit 'être divisé en n sections d'enroulement et chaque couche indivi- duelle doit comporter n-1 points de croisement.
Dans l'effort de tension de choc de ces enroulements, il se produit alors, entre les couches, des surtensions supplé- mentaires qui résultent des différents enchevêtrements de cou- ohes montées en parallèle, non seulement avec le flux de l'onde fondamentale, mais encore avec toutes les autres harmoniques supérieures de l'enroulement, contenues dans l'opération de compensation. Ces surtensions exercent une aotion fâcheuse en particulier dans la zone des points de croisement, c'est pour- quoi il faut disposer dans ces endroits un isolement, supplé- mentaire lorsqu'on veut éviter des décharges aveo perforation.
L'isolement disposé en supplément rend plus coûteux l'isole- ment de l'enroulement, augmente son encombrement et rend dif- ficile le refroidissement. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients*
Conformément à l'invention, les différentes couches de l'enroulement, à l'intérieur de la zone d'un quart d'onde des harmoniques les plus élevées se faisant sentir encore de façon sensible dans la répartition de la tension initiale lorsque se produit un effort de tension de ohoo, sont croisées au moins aussi fréquemment que cela est nécessaire pour qu'il en résulte, dans Cette zone, sensiblement le même enchevêtrement de flux pour chaque brin de l'enroulement.
Sur la figure 1, la oourbe 1 représente, en fonotion de la longueur d'enroulement L, la répartition initiale connue de la tension de choc le long de l'enroulement et la courbe 2 la répartition finale de cette tension pour le cas où le point neutre est nettement mis à la terre. La surface hachurée F peut se décomposer en harmoniques ,de façon connue, d'après la série de Fourier, La courbe 3 donne l'allure de la deuxième
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harmonique et la courbe 4 l'allure de la 4ème. harmonique, On obtient des courbes correspondantes pour la dème et pour d'autres harmoniques supérieures éventuelles contenues dans la répartition initiale.
Ainsi qu'on le sait, lorsqu'il se produit une onde de tension de ohoo, les potentiels des différentes parties d'enroulement oscillent à partir de la répartition ini- tiale autour de la courbe de répartition finale comme ligne mé- diane d' oscillation, avec/amortissement plus ou moins fort, jusqu'à ce que finalement le potentiel des différentes parties devienne la courbe 2 de répartition finale. Les amplitudes des différentes harmoniques contenues dans cette oscillation de compensation sont données alors par l'analyse harmonique de la surface comprise, sur la figure 1, entre la répartition initiale et la répartition finale.
Si l'on règle alors, par exemple à l'aide d'écrans qui sont couplés galvaniquement ou oapaoitive- ment avec l'entrée de l'enroulement, la répartition de tension initiale de façon que les harmoniques plus élevées que sensi- blement la 4ème n' exist ent plus de façon sensible dans l'opé- ration de compensation, l'enroulement aves n oouches montées en parallèle doit comporter., au lieu de n-1 points de croise- ment- comme cela était nécessaire précédemment eu égard au fonotionnement fixe 4n-1 croisements.
De façon générale, on a pour le nombre des croisements nécessaires la relation m.n-1, n étant le nombre des couches et m l'ordre de l'harmonique la plus élevée contenue dans la répartition initiale, Lorsque les croisements sont réalisés correctement de cette façon pour la zone de la longueur d'un quart d'onde de l'harmonique la plus élevée, on a par cela même le croisement correct également pour les harmoniques inférieures.
Sur les figures des dessins annexés, on a représenté quelques exemples de réalisation de l'invention dans lesquels on a toujours supposé que l'harmonique la plus élevée qui est encore contenue de façon sensible dans la répartition initiale
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était la 4ème. D'après la courbe 4 de la figure 1, on a alors, pour toute la longueur d'enroulement L, 4 zones "a" de quart d'onde.
Sur la figure 2, l'enroulement comporte trois couches.
Les différentes couches se croisent en ohaque cas aux points 5.
Dans l'ensemble on a, conformément à la relation ci-dessus, 3.4-1, c'est-à-dire 11 croisements* Dans ohaque sectiion a, on a pour chaque brin conducteur le même flux total entouré car, en ce cas, chaque brin change uniformêment à travers les trois oouohes. En conséquence, lors d'un effort de choc, chaque brin conducteur présente sensiblement la même tension après avoir paroouru une section complète a: au 3 ème, 6ème et 9ème points de croisement, il ne peut par conséquent plus se produire de surtensions, Aux autres points de croisement cependant, la ten- sion entre les couches est réduite au 1/4 de la valeur existant dans un enroulement croisé à la façon habituelle.
Par suite, on économise de façon sensible de la matière isolante et de l'en oombrement pour l'enroulement. On peut réduire, sans plus, la tension entre les oouohes à moins d'un quart de la valeur qu' elle a dans le cas d'un enroulement croisé à la façon habituelle lorsque l'on augmente, par exemple doulble, le nombre indiqué oi-dessus des points de croisement.
De façon à réduire le nombre des points de croisement,on peut supprimer le croisement comme le montre la figure 3, exis- tant sur chacune des limites GG se trouvant à l'intérieur de l'enroulement d'une zone de quart d' onde de l'harmonique la plus élevée. Egalement en ce cas, pour chaque brin de l'enroulement à l'intérieur d'une section a,, l'enchevêtrement de flux total reste le même.
Le nombre des croisements est cependant réduit à m(n-1), On peut encore le réduire davantage lorsque plusieurs couches, par exemple 3 ou 3, sont réunies et enroulées étroite- ment les unes sur les autres de façon que reste petit le flux circulant entre elles et qui n'est pas entouré en commun,
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La figure 4 représ ente un exemple d'enroulement de ce genre avec six couches, Pour réduire le nombre des points de croisement, on a réuni ici dans chaque cas deux couches par paires qui se croisent comme une couche unique.
Les couches de chaque paire sont alors étroi tement serrées les unes sur les autres et oe n' est qu'entre des paires voisines que se trouvent des canaux de refroidissement 6,(Egalement avec la disposition des figures 2 et 3, on peut supprimer sans plus ces canaux de refroidissement entre les différentes oouohes). De façon à égaliser complètement la faible différence d'enchevêtrement de flux sur toute ladlon- gueur de l'enroulement à l'intérieur de chaque paire de brins conducteurs, les paires doivent se croiser en supplément au moins une fois au milieu de l'enroulement en 7,, Cependant, au lieu de cela, on peut aussi effectuer plusieurs fois un croisement à l'intérieur des paires et répartir oes croisements sur l'enrou- lement.
Sur la figure 5. on a représenté un enroulement avec 4 couches dans lequel le nombre des points de croisement est ré - duit, aussi bien comme dans le cas de la figure 4 en réunissant les couches par paires, que comme le montre la figure 3 en sufi- primant les points de croisement sur les limites GG.
Sur la limite médiane, en 7, il n'y a que les paires de couches qui présentent un croisement dans celles-ci,
De façon analogue, plus de deux couches pourraient être réunies par groupes de même qu'un groupe unique et les brinspour- raient se aroiser à l'intérieur de chaque groupe en un ou plu- sieurs points, pour améliorer la sécurité de la tension de choc, on peut en outre, comme on l'a indiqué plus haut,améliorer la répartition de la tension initiale le long de l'enroulement au moyen d'écrans (qui sont reliés au début de l'enroulement et qui se recouvrent télescopiquement par exemple aveo d'autres montures métalliques noyées dans la matière isolante) de manière telle que n'existent pas , dans l'opération de compensation,
les
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harmoniques supérieures à celles pour lesquelles l'enroulement est complètement croisa sur une longueur de quart d'onde. En particulier, il est la plupart du temps possible de supprimer dans la répartition initiale, à l'aide d'une commande par écran, les harmoniques supérieures à la 4ème. De cette façon, on peut réduire sensiblement le nombre des croisements car l'ordre m des harmoniques les plus élevées sert de facteur dans les for- mules m.n-1 ou m(n-1) du nombre des points de oroisement.
Sachant que, par suite de l'amortissement des ondes tran- sitoires lors du démarrage, dans l'enroulement, les harmoniques d'ordre supérieur ne sont contenues que dans la zone initiale en grandeur sensible dans le front de l'onde tandis qu'elles disparaissent pratiquement du front de l'onde après avoir par- couru la zone initiale, on peut encore réduire davantage les points de croisement.
Comme il n'est plus nécessaire d'avoir un croisement pour ces harmoniques supérieures au delà de la zone initiale, ce n'est que dans les zones d'entrée des ondes tran- sitoires, par exemple aux extrémités de l'enroulement que, con- formément à une autre caractéristique de l'invention, les diffé- rentes couches de l'enroulement se croisent, dans chaque cas à l'intérieur de la zone d'un quart 4'onde de l'harmonique la plus élevée contenue de façon encore sensible dans la réparti- tion initiale de la tension lors d'un'effort de choc, assez fréquemment pour que l'on ait, dans cette zone sensiblement le même enchevêtrement de flux, tandis que, dans le reste de l'en- roulement, les croisements correspondants ne sont réalisés que pour les harmoniques d'ordres inférieurs.
De préférence, les distances entre points de croisements sont disposées de façon telle qu'elles aillent en augmentant par zones, de la zone d'en- trée en allant vers l'intérieur de l'enroulement. On obtient la solution la plus favorable grâce à ce que, pour chaque conducteur dans la zone d'enroulement où se trouvent les plus grandes dis- tances entre points de croisement, par exemple au milieu de 1'
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enroulement, le nombre des enroulements se trouvant à une même distance radiale du noyau en fer est égal aux nombres des enrou- lements de position correspondante se trouvant dans l'espace dans des zones d'enroulement de même longueur avec de plus pe- tites distances entre points de croisement.
On a représenté quelques exemples de réalisation sur les figures 6 et 7. La figure 6 représente la moitié d'un enroule- ment de transformateur constitué par quatre couches parallèles tandis que la figure 7 représente un enroulement complet de transformateur avec trois oouohes d'enroulement parallèles.
Sur la figure 6, les distances b1 entre les points de croisement 5 sont dans le premier quart al de l'enroulement, la moitié des distances b2 dans le deuxième quart a2, Le pre- mier quart de l'enroulement a1 est divisé en huit sections d' égales longueurs et le deuxième a2, en quatre de mêmes lon - Sueurs En conséquence, tout l'enroulement du transformateur est croisé jusqu'à la quatrième harmonique dans toute sa zone, en outre', le premier quart al et, de façon correspondante, le dernier quart a4, non représenté sur le dessin, sont même croi- sés jusqu'. la huitième harmonique. Sur les limites de symétrie GG, on peut supprimer un point de croisement, comme on l'a dit plus haut.
Alors que, dans'l'enroulement de la figure 6, il est prévu dans le premier quart deux sections d'enroulement c1 identiques avec des distances égales b1 entre points de croisement, dans la figure 7,on a réalisé une gradation encore plus précise des dis- tances entre points de croisement dans un sens tel qu'à l'inté- rieur de la première zone se trouvent deux sections c1 et c2 d'inégales longueurs comportant des distances entre points de croisement, b11 et b12, différentes* La somme du nombre d'enrou- lements par conducteur dans les sections b11 et b,est,par suite, égale au nombre des enroulements par conducteur dans la section b de la zone des plus grandes distances entre points de oroise-
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menta De façon générale,
on peut exprimer cette relation par la forme suivante: si on désigne par N le nombre total des enroulements par conducteur, par ml l'ordre des harmoniques pour lesquelles la zone des plus grandes distances entre points de croisement est croisée, m2, m3 etc. les ordres des harmoni- ques les plus élevés pour lesquelles le croisement est fait dans la zone d'entrée, par exemple pour les sections c1 et c2 sur la figure 7, et par n le nombre des couches, on doit avoir
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a = à + à + i1 + ............. li ml au m2,:n Mai n M46IL Bi;
n La présente invention présente l'avantage particulier que l'en- roulement est fait en économisant de la place et de la matière et, en outre, peut être traversé suffisamment par des canaux de refroidissement, tandis qu'entre les différents brins d'enrou- lement, il ne peut se produire de surtensions lors d'un effort de choc. Lorsqu'en outre, le nombre des points de croisement est encore abaissé de façon supplémentaire conformément à l'in- vention, la fabrication de l'enroulement est encore facilitée de manière sensible et la dépense de matière et l'encombrement sont encore réduits dans une mesure plus importante.