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Noyau de transformateur triphasé.
L'invention concerne les appareils électriques à in- duction tels que les transformateurs et particulièrement le noyau ou circuit magnétique des transformateurs, et le procédé de fabrication de ces noyaux. Plus spécialement, l'invention concerne les noyaux d'appareils à induction triphasés utilisés dans les circuits à courant électrique alternatif que l'on relie,aux diverses phases d'un réseau triphasé par des jeux d'enroulements de phase séparés.
L'invention se rapporte principalement à la construc- tion de noyaux pour transformateurs électriques composés de cou- ches de tôle d'acier magnétique ayant des caractéristiques ma- gnétiques préférées dans le sens longitudinal de la tôle dont
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les parties de noyau sont constituées, les empilages de tôles ou feuilletages d'acier étant de préférence réunis de manière à former des blocs dont les faces adjacentes sont aboutées.
On sait que si un noyau est constitué d'empilages de tôles d'acier ayant les caractéristiques magnétiques les plus favorables suivant la direction du passage du flux magnétique dans la tôle d'acier, on obtient un noyau à haute perméabilité ayant des pertes en watts faibles.
Pour tirer tous les avantages des propriétés d'un tel acier, il faut l'utiliser de telle façon que la direction de magnétisation de l'acier coïncide pratiquement avec le grain ou le sens de laminage de l'acier, de façon à éviter que les lignes du flux magnétique ne traversent l'acier suivant une direction fortement oblique au sens de laminage.
Des noyaux ont été constitués de couches successives de tôle magnétique enroulée à plat couche sur couche et réunies les unes aux autres en remplissant les vides entre les couches ou spires successives de matière magnétique au moyen d'un liant ou matière de remplissage. On obtient ainsi un noyau feuilleté compact et rigide ayant un film intercalaire de liant entre les différentes couches d'acier, ce qui donne une section bien lisse aux joints des diverses parties à réunir.
La construction habituelle des noyaux pour transforma- teurs de distribution et de puissance consiste à empiler de min- ces tôles de matière magnétique découpées en L. Ces plaques en L sont estampées ou poinçonnées dans des tôles d'acier au silicium, et on est obligé de choisir un sens de découpage qui donne des qualités magnétiques moins bonnes que quand les lignes du flux magnétique traversent l'acier dans la direction optimum.
Quand le noyau est composé de plaques en forme de L ou de I, les tôles individuelles sont placées l'une sur l'autre, celles formant la branche d'enroulement ou noyau proprement dit étant
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glissées dans l'ouverture du bobinage. Les joints entre les différentes couches sont obtenus en faisant chevaucher les bouts des tôles d'un noyau et les bouts des tôles immédiatement voi- sines en hauteur faisant partie d'un autre noyau, de manière à former le joint par recouvrement bien connu. Ce type de circuit magnétique ne se prête pas à l'utilisation d'acier à haute perméa- bilité et à faibles pertes en watts qui doit être employé de manière à faire passer les lignes de force dans le sens du la- minage.
Il existe de nombreux types de circuits magnétiques polyphasés. Dans un type de circuit magnétique polyphasé bien connu les différents noyaux portant les différents enroulements de phase sont disposés en ligne droite parallèlement entre eux.
Un transformateur triphasé de ce type comporte trois circuits magnétiques, le premier passant par le premier et le deuxième noyaux, le deuxième par le deuxième et le troisième noyaux, et le troisième par le premier et le troisième noyaux. Le circuit passant par le premier et le troisième noyaux allant d'un bout à l'autre de l'ensemble, est nécessairement un circuit magnéti- que relativement long par rapport aux deux autres circuits ma- gnétiques qui sont relativement courts, ce qui déséquilibre la reluctance des trois circuits.
Dans un autre type de circuit magnétique polyphasé, les divers noyaux partent d'un axe central et sont équidistants en- tre eux. Il y a cependant de réelles difficultés à réaliser des joints magnétiquement et mécaniquement satisfaisants entre les noyaux s'étendant radialement.
L'invention a pour but principal de supprimer ces dif- ficultés.
Suivant une forme d'exécution préférée de l'invention, les parties du circuit magnétique sont disposées de façon à former pratiquement un rectangle dont deux côtés opposés sont
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constitués de deux noyaux, les deux côtés restants étant les parties de culasse qui réunissent les extrémités des noyaux.
Pour former un circuit triphasé, on y ajoute un demi-rectangle constitué d'un noyau et de deux parties de culasse dirigées perpendiculairement aux extrémités du noyau et venant réjoindre les parties de culasse du rectangle complet.
Dans un circuit magnétique de ce genre, les tôles peu- vent être reliées entre elles de manière à former des blocs com- pacts de tôles, ces blocs peuvent être sectionnés de manière à avoir des surfaces jointives que l'on usine pour les rendre parfaitement lisses et en faire des joints à faibles pertes.
Les tôles peuvent aussi ne pas être reliées entre elles et les joints entre les parties du circuit magnétique sont alors réali- sés en faisant chevaucher ou en entrelaçant les tôles successives à l'endroit des joints, de manière à obtenir des noyaux plus flexibles que dans le cas d'un circuit magnétique imprégné et compact.
Une forme d'exécution préférée de l'invention est re- présentée à titre d'exemple au dessin annexé.
La figure 1 est une vue de profil d'un ensemble cir- cuit magnétique et enroulements formé par un circuit simple à deux noyaux du type classique antérieur.
La figure 2 est une vue de profil d'un circuit magné- tique triphasé formé de tôles empilées, ayant trois noyaux du type classique antérieur.
La figure 3 est une coupe horizontale d'un ensemble circuit magnétique et enroulements construit conformément à l'invention, suivant la ligne brisée III-III de la figure 4.
On y voit aussi la paroi d'une cuve de transformateur.
La figure 4 est une coupe verticale de l'ensemble de la figure 3, suivant la ligne brisée IV-IV de la figure 3, les bandes de cerclage étant omises, pour raison de clarté.
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La figure 5 est une vue de face, partiellement en coupe, suivant la ligne V-V de la figure 4, et
La figure 6 est une vue perspective du circuit magné- tique des figures 3, 4 et 5.
Le circuit magnétique simple 1 représenté à la figure 1, est constitué par un nombre de couches de feuillard magnétique formées par enroulement couche par couche de manière à produire un empilage de couches ou tôles d'acier présentant une fenêtre pratiquement rectangulaire et deux noyaux parallèles 2 et 3 sur lesquels sont glissés respectivement les enroulements 4 et 5.
Les extrémités des noyaux 2 et 3 sont réunies par des parties de culasse 6 et 7 et les noyaux eux-mêmes sont sectionnés de manière à avoir des surfaces jointives en 8 et 9 et à diviser le circuit magnétique en deux parties, suivant un procédé connu.
La figure 2 représente un circuit magnétique triphasé 11 ayant trois noyaux 12,13 et 14 alignés l'un à côté de l'au- tre et réunis par des parties de culasse 15 et 16 à leurs extré- mités supérieures et inférieures respectivement. Dans un circuit magnétique triphasé de ce genre, les lignes de force suivent trois chemins différents. Le premier comprend les noyaux 12 et 13 portant respectivement les enroulements de phase 17 et 18, le second comprend les noyaux 13 et 14 portant respectivement les enroulements de phase 18 et 19, et le troisième comprend les noyaux 12 et 14 portant respectivement les enroulements de phase 17 et 19.
On remarque,en étudiant la disposition des trois noyaux représentés à la figure 2, que les deux premiers circuits, com- prenant chacun deux noyaux adjacents, sont plus courts que le troisième qui comprend le premier et le troisième noyaux. Ceci provoque un déséquilibre indésirable de la reluctance des trois chemins magnétiques.
Conformément à la présente invention, les figures 3,
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4, 5 et 6 représentent un circuit magnétique triphasé dans lequel les deux noyaux extérieurs sont rapprochés l'un de l'autre ce qui raccourcit le circuit magnétique du noyau triphasé de la figure 2, et le noyau intermédiaire ne se trouve plus dans l'alignement des deux autres. Ce noyau intermédiaire porte à ses deux extré- mités inférieure et supérieure des parties de culasse dirigées à angle droit par rapport à l'axe du noyau intermédiaire et également à angle droit par rapport aux parties de culasse qui réunissent entre eux les premier et troisième noyaux du circuit magnétique.
Ainsi le chemin magnétique extérieur est raccourci et les trois chemins ont pratiquement la même longueur de sorte que les lignes de force peuvent se répartir librement entre les trois noyaux du circuit magnétique. Conformément à l'invention et à la forme d'exécution représentée aux figures 3 à 6, une cuve ou boîtier 21 (voir figure 3) contient un circuit pratique- ment rectangulaire 22 en feuillard magnétique dont deux côtés forment les deux noyaux 23 et 24, les côtés restants 25 et 26 du rectangle servant de culasse.
Le circuit 22 est constitué par des couches successives de tôle magnétique enroulée à plat couche par couche et réunies entre elles au moyen d'un liant ou matière de remplissage qui remplit les vides entre les couches ou spires successives de matière magnétique. On obtient ainsi un noyau feuilleté rigide ou indéformable avec un film liant entre toutes les parties des couches de tôle magnétique, ce qui donne aux sections des sur- faces jointives propres.
Quand le ruban d'acier formant le noyau est enroulé ainsi couche par couche, celles-ci sont réunies entre elles de manière à former un circuit magnétique rigide que l'on découpe ensuite, en 27 et 28, en deux parties supérieure et inférieure 29 et 30, de manière à pouvoir assembler les parties supérieure et inférieure du circuit avec les enroulements 31 et 32 remplis- @
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sant les fenêtres. Les tôles des parties amovibles sont mainte- nues en une masse rigide de façon qu'il n'y ait ni vibration ni mouvement relatif des diverses couches.
L'expérience a montré qu'il était bon d'usiner les faces jointives des parties de noyau amovibles de manière à ob- tenir des joints bien lisses avec un entrefer minimum. Il faut aussi isoler la matière magnétique aux joints des parties de circuit amovibles. On peut utiliser pour cela un des composés macromoléculaires du type alvar ou vinylite ou d'autres résines résistant aux acides et aux huiles. Ces matières sont légèrement thermoplastiques et ont la propriété d'adhérer très fortement aux surfaces métalliques. Il faut réunir les faces jointives du circuit, sous pression de manière à réduire la matière thermo- plastique à l'épaisseur voulue.
Quand les parties du circuit magnétique sont réunies comme décrit ci-dessus, une bande de serrage ou de cerclage 33 est mise autour du circuit magnétique 22 et tendue au moyen d'un outil avec lequel on réunit les bouts de la bande 33, pendant qu'elle est tendue, un serre-joint 34 immobilisant le tout.
On forme ensuite un demi-circuit magnétique 35 en for- mant un circuit entier 22 que l'on coupe en deux parties. On adjoint une des moitiés pour faire un circuit triphasé, le demi- circuit 35 étant appliqué contre le circuit entier 22 à ses ex- trémités supérieure et inférieure formant des surfaces jointives en 36. Les surfaces jointives sont usinées de manière à obtenir un entrefer et des pertes minima.
Le demi-circuit 35 comprend un noyau droit 37 et deux parties de culasse 38 et 39 pliées à angle droit par rapport au noyau 37 et terminées par des surfaces jointives lisses 36. Ainsi les trois noyaux sont réunis en des points communs aux parties supérieure et inférieure du circuit magnétique et forment trois circuits magnétiques en parallèle entre les parties de culasse
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réunissant les extrémités supérieures des noyaux et les parties de culasse réunissant les extrémités inférieures des mêmes noyaux.
Un joint de séparation 41 est pratiqué dans le noyau 37, joint semblable aux joints 27 et 28 dans les autres noyaux du circuit magnétique, divisant le demi-circuit 35 en deux parties, une supérieure 42 et une inférieure 43. Une bande ou cercle en acier 45 peut être utiliséepour maintenir le demi-circuit 35 ap- pliqué contre la partie 22 du circuit magnétique et.pour réunir en même temps les parties supérieure et inférieure 42 et 43 du circuit partiel 35. On exerce une traction sur les bouts de la bande 45 et on les fixe au moyen d'un serre-joint 46 appli- qué comme le serre-joint 34 à la bande d'acier 33.
Un jeu d'enroulements de phase 47 est glissé sur le noyau 37 de la même manière que les enroulements de phase 31 et 32 sont montés sur les noyaux 23 et 24.
Bien que le circuit magnétique représenté comme une forme d'exécution de l'invention soit du type à tôles réunies au moyen d'un liant et découpées de façon à former deux parties de circuit à surfaces jointives, l'invention n'est pas limitée à cette construction mais, dans son aspect large, elle comprend des parties de circuit à tôles disposées de façon analogue mais non réunies par un liant et dans lesquelles les joints sont formés en entrelaçant les tôles dans les différentes parties de circuit.
On remarquera qu'avec les trois noyaux disposés comme aux figures 3 à 6, les différents jeux de bobinages sur les noyaux sont plus éloignés les uns des autres que dans le dispositif de la figure 2, ce qui donne au liquide réfrigérant dans lequel le transformateur est plongé, libre accès à la surface extérieure des enroulements. Ceux-ci sont donc bien mieux refroidis que dans la disposition de la figure 2 où l'enroulement central n'est refroidi qu'aux extrémités et de deux côtés, les deux autres côtés étant gênés par les deux enroulements extérieurs.
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On verra aussi que la nouvelle construction procure un circuit magnétique plus court entre les premier et troisième noyaux, comparativement à la construction de la figure 2 et qu'ainsi les trois circuits magnétiques ont pratiquement la même longueur, équilibrant ainsi les trois circuits magnétiques au point de vue caractéristiques magnétiques.
Vu que, conformément à l'invention, les parties de circuit magnétique sont disposées perpendiculairement entre elles, les difficultés rencontrées dans la réalisation des joints dans les constructions à noyaux radiaux sont facilement vaincues, puisqu'il est beaucoup plus facile de faire des joints efficaces entre les parties de circuit magnétique perpendiculaires entre elles, qu'entre des parties disposées obliquement.
REVENDICATIONS
1.- Construction de circuit magnétique triphasé pour appareils à induction électriques, spécialement les transforma- teurs, comprenant trois noyaux pratiquement rectilignes consis- tant en couches superposées de tôle magnétique pliées horizon- talement aux extrémités de manière à former des parties de cu- lasse dirigées à angle droit par rapport aux noyaux, deux des trois noyaux étant réunis par leurs parties de culasse en une disposition rectiligne, et le troisième noyau ayant ses extrémités en forme de culasse réunies aux parties de culasse des deux pre- miers noyaux suivant une direction perpendiculaire à celles-ci, de manière à former un circuit magnétique en T.
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