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Appareil à induction électrique
L'invention concerne les appareils à induction électri- ques tels que les transformateurs et, particulièrement, leur noyau ou circuit magnétique.
On fabrique du feuillard d'acier magnétique avec l'axe de magnétisation préférentielle des cristaux de la matière orienté dans une direction donnée, par exemple dans le sens de laminage du feuillard ou de la bande d'acier. Quand les lignes de force magnétiques traversent un tel acier suivant la direction préfé- rentielle, les pertes dans le noyau sont moindres et la perméabi- lité de l'acier est plus élevée que dans le.cas où les lignes de force font un angle avec la direction préférentielle. Ces proprié- tés sont les moins bonnes quand les lignes de force magnétiques sont
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perpendiculaires au sens de laminage, sens de la magnétisation préférentielle.
La perméabilité d'un acier avec orientation préféren- tielle des grains dans le sens de laminage est très supérieure, pour les densités normales de travail, à celle d'acier au silicium laminé à chaud du commerce, aux mêmes densités. De même les pertes en watts par unité de volume ou de poids, aux densités normales de travail, sont plus faibles que celles de l'acier au silicium laminé à chaud du commerce, à la même densité, quand il est magnétisé dans le sens du laminage.
Il s'ensuit que, si un noyau est fabriqué au moyen d'une bande de feuillard d'acier dont les cristaux ont une orienta tion préférentielle dans le sens de laminage de la bande, c'est- à-dire dans le sens suivi par les lignes de force magnétiques qui passent dans la bande, on obtiendra un noyau à perméabilité élevée et à faibles pertes.
Un tel noyau enroulé peut être constitué par des couches successives de feuillard magnétique bobiné, couche après couche, à plat de manière à former une boucle fermée à l'intérieur de laquelle se trouve un dégagement servant à recevoir les spires d'un enroulement conducteur en fin de montage. On recuit le noyau enroulé pour enlever les tensions internes produites dans l'acier par le bobinage. Les vides entre les différentes couches de bande d'acier magnétique sont imprégnés d'un liant. Le noyau est cuit pour durcir le liant et réunir solidement entre elles les couches voisines du noyau, formant ainsi un noyau feuilleté solide et indéformable avec un liant formant pellicule interca- laire pour toutes les parties des couches de feuillard d'acier.
Le noyau enroulé ainsi obtenu est coupé en deux, donnant ainsi deux demi-noyaux en forme de U, se joignant bout à bout, qui s'adaptent sur les bobines de cuivre de l'appareil complet.
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Avec un noyau formé de bande d'acier enroulé en couches superposées, les couches étant réunies par un liant ayant subi- cuisson de manière à réaliser un noyau enroulé indéformable coupé en deux demi noyaux supérieur et inférieur distincts, il a été jugé utile d'usiner les faces jointives des deux demi- noyaux séparables, de manière à former des surfaces planes unies aux joints avec un entrefer minimum. Les surfaces usinées peu- vent ensuite être décapées chimiquement pour enlever les barbes produites par l'usinage des surfaces d'extrémité des demi noyaux .
Il a été jugé utile, en outre, d'isoler la matière magnétique entre les demi noyaux à l'endroit des joints. Une matière isolante convenable peut être un des composés à longues chaînes du type Alvar ou Vinalite, ou d'autres résines résis- tant aux huiles et aux acides. Ces matières sont un peu thermo- plastiques et ont la propriété d'adhérer fortement aux surfaces métalliques. Il faut rapprocher les faces jointives du noyau sous pression, afin de réduire la matière thermoplastique à l'épaisseur voulue.
La construction de noyaux de ce genre a présenté cer- taines difficultés qui affectent la qualité des noyaux dans les transformateurs terminés. On a l'habitude d'utiliser, pour découper les noyaux, un lubrifiant, tel qu'une huile ou une émulsion d'huiles de coupe appliquée sur la pièce attaquée par l'outil de coupe. Quand on emploie de l'huile, une partie de celle-ci est aspirée dans les espaces capillaires entre les couches d'acier du noyau; et quand on utilise des émulsions aqueu- ses, ces espaces capillaires se remplissent d'eau. De même, quand le noyau est nettoyé chimiquement et lavé de tout acide, les es- paces capillaires se remplissent encore d'autres matières, de sorte que le noyau, à l'état final, contiendra, dans ces espa- ces capillaires, de l'huile ou un mélange d'eau et d'huile.
Les
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espaces capillaires normalement présents dans le noyau imprégné, proviennent du remplissage imparfait des vides entre les tôles par le liant pendant les opérations d'imprégnation et de cuisson.
L'expérience a montré que pour construire un transfor- mateur sans bruits aux joints, les joints doivent être réunis solidement au moyen d'une matière appropriée, habituellement une résine organique en solution. La réalisation d'un joint convenable dépend, pour une grande partie, de l'adhérence du liant organique aux faces usinées du noyau. L'expérience a montré que des résidus d'eau et d'huile dans les espaces capillaires du noyau, diminuent fortement la résistance des joints du noyau, donnant des joints de faible résistance à la traction et des bruits produits par l'action du champ magnétique sur les joints.
De nombreux composés ont été essayés avec des résultats variables. Cependant, l'on a constaté, dans de nombreux cas, qu'une grande partie des joints ne sont pas de qualité suffisante et donnent lieu à des bruits exagérés.
On sait que la présence d'huile retarde ou empêche le collage de surfaces métalliques au moyen de composés organiques.
Il est donc bon d'éviter au maximum l'huile pendant l'usinage des joints. Il faut remarquer aussi que si les espaces capillaires contiennent de l'eau, pendant la cuisson, il se forme de la va- peur qui diminue la résistance du joint ciment organique-métal.
Pour obtenir un joint de qualité, il doit être exempt d'eau.
Dans le but de supprimer ces difficultés et de réaliser des trans- formateurs pratiquement sans bruits aux joints, il est proposé d'utiliser des procédés de fabrication de noyaux tels que ceux-ci soient entièrement exempts d'huile et d'eau.
L'invention a donc pour but principal d'éliminer la présence d'huile et d'eau dans les vides entre tôles de noyau et de garder les demi noyaux pratiquement exempts de tels liqui-
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des, avant l'assemblage des demi noyaux achevés.
L'invention ressortira clairement de la description d'une forme d'exécution préférée, faite ci-après avec référence au dessin annexé.
La figure 1 est une vue de profil d'un ensemble noyau et bobinage auquel l'invention peut être appliquée.
La figure 2 est une vue en plan de l'ensemble noyau et bobinage de la figure 1.
La figure 3 est une vue de face d'un noyau enroulé du type utilisé dans l'ensemble de la figure 1.
La figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne en traits interrompus IV-IV de la figure 3, agrandie et montrant des couches alternées d'acier et de liant.
La figure 5 est une vue agrandie d'une partie d'un groupe de couches d'acier semblables à celles des figures 1 et 4., montrant le manque de régularité des vides entre les épaisseurs d'acier; et
La figure 6 est une vue en perspective d'un noyau enrou- lé conforme à l'invention, représentant les deux demi noyaux écartés de façon à montrer les faces jointives.
Les figures 1 et 2 montrent un bobinage 1 pouvant com- porter plusieurs enroulements primaires et secondaires disposés de façon connue et encadrés par deux noyaux ou circuits magnétiques 2 et 3, chacun des noyaux comprenant une partie supérieure 4 et une partie inférieure 5. Les noyaux sont formés en enroulant une bande continue de feuillard d'acier magnéti que, comme décrit plus haut. Chacun des noyaux est coupé à l'endroit des joints 6 et 7 en deux parties supérieure et inférieure 4 et 5, qui euvent être réunies de façon appropriée autour de la bobine.
Quand on assemble les deux parties supérieure et inférieure 4 et 5, on applique sur les faces des joints 6 et 7 de la résine thermo-
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plastique. Une frette ou bande de serrage 8 entoure chacun des noyaux et est tendue au moyen d'un outil, les extrémités de la frette étant fixées au moyen d'un accouplement 9 pendant que la frette est sous tension. La frette 8 est suffisamment tendue quand on la pose et a une élasticité suffisante pour maintenir la pression voulue sur les joints 6 et 7.
Après que le noyau a été enroulé, recuit et imprégné d'une résine organique appropriée, comme décrit ci-dessus (voir figure 3), il comprend une bande de feuillard d'acier magnétique 11 enroulée autour d'une fenêtre pratiquement rectangulaire 12, avec des couches alternées de bandes d'acier 11 et de liant de résine organique 13, comme on peut le voir le mieux à la figure 4. On coupe ensuite le noyau bobiné en deux endroits au moyen d'un outil 14 (voir figure 5), formant ainsi les deux parties de noyau 4 et 5 en forme de U qui sont assemblées par la suite aux joints 6 et 7.
Les surfaces 15 et 16 des joints de la figure 5 sont obtenues en attaquant le noyau bobiné par l'outil de coupe tournant 14, tout en appliquant une émulsion aqueuse con- tenant le moins possible d'huile de coupe en solution, sur le noyau en cours de sectionnement.
Le noyau coupé peut ensuite être usiné en meulant les surfaces de manière connue et en décapant ensuite chimique- ment les faces d'extrémité polies, comme décrit ci-dessous. Les parties du noyau coupées et meulées sont mises ensuite dans un four et portées à une température supérieure au point d'ébullition de l'eau, pendant un temps assez long pour enlever toute l'eau rési- duelle des espaces capillaires entre les couches de feuillard d'acier du noyau. Ceci se fait assez lentement de façon que toute vapeur formée au cours du chauffage n'atteigne pas une pression satisfaisante pour séparer les tôles et détruire leur liaison.
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Les surfaces de joint sont ensuite nettoyées mécanique- ment pour enlever toutes les particules libres qui pourraient adhérer, ce qui empêcherait les surfaces des joints des parties de noyau de venir en contact intime, quand les parties de noyau sont réunies en un noyau. Afin d'empêcher la corrosion des sur- faces nettoyées chimiquement la surface est recouverte d'un enduit fait d'une solution diluée d'une résine d'enduit convenable.
Comme exemple de résine d'enduit satisfaisante, on peut donner une solution à dix pour cent d'acétate de chlorure de vinyle co- polymère dissous dans un solvant organique, tel que l'acétate d'éthyle. L'enduit est séché à fond et le noyau est alors essayé, et les deux parties de noyau séparées par le découpage sont mises e@ stock ensemble, jusqu'au moment de l'emploi comme noyau complet.
L'utilisation d'un enduit a un autre avantage qui supprime beaucoup de main-d'oeuvre. Dans le passé, on avait l'habitude de mettre en stock les noyaux sans les sécher, avec, comme résultat, souvent de la corrosion aux joints. Il faut alors nettoyer à fond les joints à l'atelier de montage, avant d'assem- bler les parties de noyau en un noyau unique. Ceci demande un travail considérable, si l'on veut disposer de surfaces jointives bien unies. En préparant les parties de noyau comme il a été dit plus haut, on supprime l'opération de nettoyage à l'atelier de montage, ce qui signifie une économie sérieuse de main-d'oeuvre.
Quand les noyaux doivent être assemblés pour construire des transformateurs, les parties de noyau sont prises du stock et envoyées à l'atelier de montage. Les surfaces 15 et 16 à réunir, de manière à former un circuit complet, sont nettoyées et recou- vertes d'un liant convenable 17 (figure 6) et sont mises l'une contre l'autre et frettées de la manière habituelle, de façon à former l'ensemble représenté à la figure 1. L'enduit ou liant placé entre les deux surfaces 15 et 16 s'associe avec le résidu de liant dans le joint et est cuit par chauffage de manière à donner un.joint satisfaisant.
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Electric induction device
The invention relates to electric induction devices such as transformers and, in particular, their core or magnetic circuit.
Magnetic steel strip is produced with the axis of preferential magnetization of the crystals of the material oriented in a given direction, for example in the direction of rolling of the strip or the steel strip. When the magnetic lines of force pass through such a steel in the preferential direction, the losses in the core are less and the permeability of the steel is higher than in the case where the lines of force make an angle with the preferential direction. These properties are the worst when the magnetic lines of force are
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perpendicular to the direction of rolling, direction of preferential magnetization.
The permeability of a steel with preferential grain orientation in the rolling direction is much higher, at normal working densities, than that of commercial hot-rolled silicon steel at the same densities. Likewise the losses in watts per unit volume or weight, at normal working densities, are lower than those of commercial hot-rolled silicon steel, at the same density, when magnetized in the direction of the rolling.
It follows that, if a core is manufactured by means of a strip of steel strip whose crystals have a preferential orientation in the direction of rolling of the strip, that is to say in the direction followed by the magnetic lines of force which pass through the strip, a core with high permeability and low losses will be obtained.
Such a wound core can be formed by successive layers of coiled magnetic strip, layer after layer, flat so as to form a closed loop inside which there is a clearance serving to receive the turns of a conductive winding in end of assembly. The wound core is annealed to remove internal stresses produced in the steel by the coil. The voids between the different layers of magnetic steel strip are impregnated with a binder. The core is baked to harden the binder and firmly join the adjacent core layers together, thereby forming a strong, dimensionally stable laminated core with an interlayer film binder for all parts of the steel strip layers.
The resulting wound core is cut in half, resulting in two U-shaped half-cores, joining end to end, which fit over the copper coils of the complete apparatus.
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With a core formed of steel strip wound in superimposed layers, the layers being joined by a binder having undergone curing so as to produce a non-deformable wound core cut into two separate upper and lower half cores, it has been considered useful to machine the contiguous faces of the two separable half-cores, so as to form flat surfaces united to the joints with a minimum air gap. The machined surfaces can then be chemically etched to remove the barbs produced by machining the end surfaces of the half cores.
It has also been found useful to isolate the magnetic material between the half cores at the location of the joints. A suitable insulating material may be one of the long chain compounds of the Alvar or Vinalite type, or other oil and acid resistant resins. These materials are somewhat thermoplastic and have the property of adhering strongly to metal surfaces. The adjoining faces of the core under pressure must be brought together in order to reduce the thermoplastic material to the desired thickness.
The construction of cores of this type has presented certain difficulties which affect the quality of cores in completed transformers. It is customary to use, for cutting the cores, a lubricant, such as an oil or an emulsion of cutting oils applied to the part attacked by the cutting tool. When oil is used, part of it is sucked into the capillary spaces between the steel layers of the core; and when aqueous emulsions are used, these capillary spaces fill with water. Likewise, when the nucleus is chemically cleansed and washed of all acid, the capillary spaces fill still with other matter, so that the nucleus, in the final state, will contain, in these capillary spaces, of oil or a mixture of water and oil.
The
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capillary spaces normally present in the impregnated core, arise from the imperfect filling of the voids between the sheets by the binder during the impregnation and baking operations.
Experience has shown that in order to build a noise-free transformer at the joints, the joints must be firmly joined using a suitable material, usually an organic resin in solution. Achieving a suitable seal depends, to a large extent, on the adhesion of the organic binder to the machined faces of the core. Experience has shown that water and oil residues in the capillary spaces of the core greatly reduce the strength of the core seals, resulting in seals of low tensile strength and noises produced by the action of the field. magnetic on the joints.
Many compounds have been tried with varying results. However, it has been found, in many cases, that a large part of the joints are not of sufficient quality and give rise to exaggerated noises.
It is known that the presence of oil delays or prevents the bonding of metal surfaces by means of organic compounds.
It is therefore good to avoid oil as much as possible when machining the seals. It should also be noted that if the capillary spaces contain water, during cooking, steam forms which reduces the resistance of the organic cement-metal joint.
To obtain a quality seal, it must be free of water.
In order to overcome these difficulties and to achieve substantially noise-free transformers at the joints, it is proposed to use methods of manufacturing cores such that these are completely free of oil and water.
The main object of the invention is therefore to eliminate the presence of oil and water in the voids between core sheets and to keep the half-cores practically free of such liquids.
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des, before the assembly of the finished half cores.
The invention will emerge clearly from the description of a preferred embodiment, given below with reference to the accompanying drawing.
FIG. 1 is a side view of a core and coil assembly to which the invention can be applied.
Figure 2 is a plan view of the core and coil assembly of Figure 1.
Figure 3 is a front view of a coiled core of the type used in the assembly of Figure 1.
Figure 4 is a sectional view taken along the dashed line IV-IV of Figure 3, enlarged and showing alternating layers of steel and binder.
Fig. 5 is an enlarged view of part of a group of steel layers similar to those of Figs. 1 and 4., showing the lack of regularity of the voids between the steel layers; and
FIG. 6 is a perspective view of a wound core in accordance with the invention, showing the two half cores spaced apart so as to show the contiguous faces.
FIGS. 1 and 2 show a winding 1 which may include several primary and secondary windings arranged in a known manner and flanked by two cores or magnetic circuits 2 and 3, each of the cores comprising an upper part 4 and a lower part 5. The cores are formed by winding a continuous strip of magnetized steel strip as described above. Each of the cores is cut at the location of the joints 6 and 7 into two upper and lower parts 4 and 5, which can be suitably joined around the coil.
When the two upper and lower parts 4 and 5 are assembled, thermo-resin is applied to the faces of the joints 6 and 7
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plastic. A band or band 8 surrounds each of the cores and is tensioned by means of a tool, the ends of the band being secured by means of a coupling 9 while the band is under tension. The band 8 is sufficiently tensioned when it is installed and has sufficient elasticity to maintain the desired pressure on the joints 6 and 7.
After the core has been wound, annealed and impregnated with a suitable organic resin as described above (see figure 3), it comprises a strip of magnetic steel strip 11 wound around a substantially rectangular window 12, with alternating layers of steel strips 11 and organic resin binder 13, as best seen in figure 4. The wound core is then cut in two places by means of a tool 14 (see figure 5 ), thus forming the two U-shaped core parts 4 and 5 which are subsequently assembled at joints 6 and 7.
The surfaces 15 and 16 of the seals of FIG. 5 are obtained by attacking the wound core by the rotating cutting tool 14, while applying an aqueous emulsion containing as little cutting oil as possible in solution, to the core. during sectioning.
The cut core can then be machined by grinding the surfaces in known manner and then chemically etching the polished end faces, as described below. The cut and ground parts of the core are then placed in an oven and brought to a temperature above the boiling point of water, for a time long enough to remove all residual water from the capillary spaces between the layers of water. core steel strip. This is done slowly enough so that any vapor formed during heating does not reach a satisfactory pressure to separate the sheets and destroy their bond.
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The seal surfaces are then mechanically cleaned to remove any loose particles which may adhere which would prevent the seal surfaces of the core portions from coming into intimate contact when the core portions are united into a core. In order to prevent corrosion of the chemically cleaned surfaces the surface is covered with a coating made from a dilute solution of a suitable coating resin.
As an example of a satisfactory coating resin, there can be given a ten percent solution of vinyl chloride acetate copolymer dissolved in an organic solvent, such as ethyl acetate. The plaster is thoroughly dried and the core is then tested, and the two core parts separated by the cutting are put in stock together, until ready for use as a complete core.
The use of a coating has another advantage which eliminates a lot of labor. In the past it was used to store cores without drying them, often resulting in corrosion at the joints. The gaskets should then be thoroughly cleaned in the assembly shop, before the core parts are assembled into a single core. This requires considerable work, if we want to have well-level contiguous surfaces. By preparing the core parts as mentioned above, the cleaning operation in the assembly shop is eliminated, which means a serious saving in labor.
When cores need to be assembled to build transformers, the core parts are taken from stock and sent to the assembly shop. The surfaces 15 and 16 to be joined, so as to form a complete circuit, are cleaned and covered with a suitable binder 17 (FIG. 6) and are placed against each other and wrapped in the usual manner, so as to form the assembly shown in Figure 1. The coating or binder placed between the two surfaces 15 and 16 associates with the binder residue in the joint and is cured by heating so as to give a satisfactory joint.