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La présente invention a trait aux transformateurs polyphasés et, plus particulièrement, à la construction de leurs noyaux.
Cette invention est un perfectionnement apporté au transformateur qui fait l'objet du brevet délivré aux Etats-Unis d'Amérique sous le N
2.431.128, le 18 novembre 1947. Le noyau décrit dans ce brevet comprend deux boucles fermées intérieures, montées dos à dos et entourées par une boucle fermée extérieure, chacune de ces boucles ayant été formée par l'en- roulement d'une bande magnétique.
Les côtés adjacents des deux boucles de noyau intérieures constituent la branche de bobinage centrale, alors que des côtés extérieurs des boucles intérieures et les côtés de la boucle ex= térieure qui s'y rattachent constituent les deux branches de bobinage exté- rieures du noyau triphaséo Dans un tel noyau, il est nécessaire qu'une cer- taine proportion du flux magnétique passe d'une boucle à l'autre, mais ce passage est extrêmement difficile en raison de la grande réluctance offerte au passage du flux dans une direction perpendiculaire aux tôles ou feuillets.
Ainsi, la majeure partie du flux provenant de la branche de bobinage centra- le ne peut pas se former en empruntant la section transversale entière des branches extérieures, et elle se concentre principalement dans les portions desdites branches extérieures qui sont formées par les boucles intérieures du noyau.
L'invention vise à établir du noyau magnétique unitaire comportant au moins deux circuits magnétiques fermés distincts constitués de feuillets courbes longitudinalement, et reliées entre eux par des chemins de fer à faible réluctance, afin de permettre le transfert du flux de l'un à l'au- tre desdits circuits.
Un autre but de l'invention est de fournir une construction de noyau magnétique unitaire à plusieurs branches,dont toutes les portions sont d'une seule pièce et faites d'une bande magnétique enroulée qui est continue dans toutes les parties du noyauo
Un autre but de l'invention est d'établir un transformateur tri- phasé perfectionné qui est pourvu d'un noyau en forme de "8", du type à ban= de enroulée, et dont la construction est telle que la liaison des boucles intérieures et de la boucle extérieure du noyau entre elles n'est pas en- tiérement tributaire d'une fuite de flux à travers des chemins d'air à hau- te réluctance, ces portions du noyau ayant entre elles une liaison magnéti- que directe par des circuits de fer à faible réluctance.
Un autre but encore de l'invention est d'établir un transformateur triphasé perfectionné comportant un noyau à bande enroulée à trois branches, dans lequel un chemin de fer direct est constitué pour transférer le flux de la branche centrale à la boucle extérieure du noyau.
Conformément à l'invention, les boucles intérieures et extérieure du noyau sont reliées entre elles magnétiquement par des chemins de fer à ' faible réluctance dont le grain est de préférence orienté dans la direction du chemin suivi par le flux. La boucle extérieure est enroulée de telle sor- te qu'elle constitue un prolongement des bandes magnétiques des boucles in- térieures, de manière à constituer un circuit de fer direct pour le trans- fert du flux entre les portions de boucle intérieures et extérieure. Grâce à cette construction, le flux provenant d'une branche de bobinage quelcon- que est pourvu de chemins de retour comprenant la section transversale en- tière du fer des autres branches.
L'invention sera mieux comprise par la description détaillée qui en sera donnée ci=après en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation d'une forme de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue semblable d'une autre forme de réalisa- tion permettant un transfert de flux plus efficace que le précédent,
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la figure 3 est une vue en élévation d'une variante dans laquel- le plusieurs bandes magnétiques relient entre elles chacune des boucles intérieures à la boucle extérieure.
A la figure 1, on voit que la stucture du noyau de transformateur comprend deux boucles intérieures, généralement désignées par A et B, etune boucle extérieure, généralement désignée par C, cette dernière entourant les deux boucles intérieures A et B et étant enroulée à partir des bandes magnétiques de ces boucles intérieures. Chacune des boucles intérieures est obtenue en enroulant un noyau fermé fait d'une bande magnétique. Bien qu'on-puisse utiliser toute bande magnétique appropriée, il est préférable d'utiliser une bande d'acier au silicium dont les grains sont de préférons ce orientés dans la direction de l'enroulement.
Les boucles intérieures A et B sont établies exactement de la même manière et l'on ne décrira par conséquent que la boucle A. Les élé- mentâ de la boucle B ont été désignés par les mêmes nombres de référence que ceux de la boucle A, mais affectés de l'indice prime ('). Bien que chacune des boucles intérieures puisse être formée par une seule bande con- tinue enroulée à plat en spirale de manière à obtenir une section trans= versale rectangulaire, on a utilisé, dans la construction représentée à la figure 1, des bandes de diverses largeurs, pour obtenir des boucles inté= rieures A et B à section transversale cruciforme. Une bande magnétique de largeur appropriée est d'abord enroulée à plat en spirale, pour constituer une partie de noyau fermée 10 de l'épaisseur désirée.
L'innovation princi= pale de l'invention réside dans l'application de circuits de fer directs entre les boucles intérieures et la boucle extérieure et, étant donné que les deux parties intérieures des boucles intérieures et les deux parties extérieures de la boucle extérieure dans la forme de réalisation des fi- gures 1 et 2, sont semblables à celles des constructions antérieures, les convolutions de ces parties n'ont pas été représentées sur le dessin, afin d'attirer l'attention sur l'innovation principale. L'enroulement est de préférence effectué sur un mandrin rectangulaire, bien qu'on puisse, sans sortir du cadre de l'invention, l'effectuer sur un mandrin circulaire et façonner ensuite la partie de noyau pour lui donner un contour rectangu- laire.
Une bande magnétique de plus grande largeur est alors enroulée par- dessus la bande de la partie intérieure 10 de manière à former une partie de noyau fermée 11. Une bande magnétique 12 de largeur encore plus grande est ensuite enroulée autour des spires de la partie de noyau 11 de manière à constituer une partie de noyau fermée 13. On ne sectionne pas la bande 12 lorsque l'enroulement du nombre de spires désiré est terminé.
Il est bien connu dans cette technique que, lorsque l'enroulement d'une partie de noyau est terminé, l'extrémité extérieure de la bande mag- nétique peut être brasée, soudée par points ou autrement fixée, de la ma- nière indiquée en 14, et qu'on peut en outre unir entre elles les extrémi- tés des bandes magnétiques successives en les soudant ou les brasant, si on le désire. Toutefois, la demanderesse a trouvé qu'il est avantageux d'inciser latéralement chaque bande, près de son extrémité, en travers d'u- ne portion de sa largeur, et d'assembler en "queue d'aronde" les extrémités incisées, d'une manière analogue à un joint à recouvrement.
Deux boucles fermées A et B, de forme sensiblement rectangulaire, comportant une longueur libre ou prolongement de bande magnétique non sec- tionnée 12 et 12', respectivement, sont montées sur un socle rotatif non représenté) de telle manière qu'elles soient mutuellement en contact par leur côté long. Le mode de montage des boucles intérieures A et B sur un support tournant commun ne fait pas partie de la présente invention et n'a pas été représenté sur le dessin.
Il est évident que les mandrins rectan- gulaires non représentés) sur lesquels les boucles A et B sont enroulées initialement peuvent être supportés directement par le socle, qu'on fait alors tourner pour enrouler la boucle extérieure du noyau, mais que, si on le désire, on peut d'abord enlever les boucles intérieures A et B des man- drins rectangulaires, avant de les monter sur le socle rotatif.
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On fait alors tourner le socle non représenté) de manière à fai- re tourner simultanément, en un même ensemble, les deux boucles intérieures A et B, les deux boucles étant en contact par un de leurs côtés longitudi- nauxo Dans la continuation de la rotation du socle, une partie de noyau extérieure fermée 17 est enroulée en spirale autour des parties de noyau intérieures A et B, jusqu'à l'épaisseur désirée, avec les deux bandes 12 et 12' parallèles dans chaque spireo
Le nombre de tôles ou feuillets dans une section transversale radiale du noyau final peut être de l'ordre de plusieurs centaines.
Par conséquent; l'épaisseur de la bande magnétique est grandement exagérée sur le dessin et tend à donner l'impression que les joints formés entre les bandes successives produiraient des surépaisseurs dans les portions de noyau s'étendant radialement vers l'extérieure Toutefois, si l'on conside- re- que l'épaisseur des spires individuelles est ordinairement de l'ordre d'un demi-dixième de millimètre et que les joints de ce genre peuvent être étagés périphériquement, on appréciera que les joints n'ontpas un effet appréciable sur la forme du noyau final.
L'opération suivante consiste à enrouler une seule bande magné- tique plus étroite, dont la largeur est approximativement la même que cel- le des bandes des parties 11 et 11', pour former une partie de noyau fer- mée 18 qui entoure la partie de noyau 17. Dans ce cas encore, les convolu- tiens des parties 18 n'ont pas été représentéeso Les extrémités des bandes 12 et 12' sont de préférence étagées périphériquement, et l'extrémité de la bande magnétique simple à partir de laquelle la partie 18 est enroulée, peut être fixée par une brasure, soudure par points, ou autrement, à l'une ou chacune des bander 12 et 12';
ou bien elle peut être réunie à ces ban- des par l'opération consistant à inciser les bandes magnétiques près de leurs extrémités, en travers d'une portion de leur largeur, et à assembler en queue d'aronde les portions inciséeso On enroule ensuite une bande mag- nétique étroite, de largeur approximativement égale à celle des bandes dont sont faites les parties de noyau 10 et 10', sous forme d'une partie de noyau fermée 19 qui entoure la partie 18, l'extrémité de cette partie étant soudée, brasée ou autrement fixée à un collier de serrage périphéri= que qui encercle la boucle extérieure C.
On remarquera que le transformateur triphaséest pourvu d'une branche centrale, composée des cotes droits en contact des boucles inté- rieures A et B, et de deux branches extérieures, composées des côtés rec- tilignes extérieurs des boucles intérieures A et B et des côtés rectilignes espacés faisant partie de la boucle extérieure Co
Le noyau entier est alors recuit de manière à éliminer toutes les contraintes ou tensions intérieures résultant de l'écrouissage auquel le métal de la bande magnétique est soumis au cours de son enroulemento Aprê le circuit, lesbandes magnétiques ne sont soumisesà aucune opéra- tion de façonnage, de pliage ou de cintrage, d'usinage, etc..,
de sorte qu'aucune partie du noyau n'est soumise à des efforts susceptibles d'in- fluer d'une manière nuisible sur lescaractéristiques du transformateuro
Les ensembles de bobinageconducteurs, ou enroulement électri- ques, 20, 21, et 22, comprenant des'enroulements primaires et secondaires, sont établis de toute manière appropriée autour du noyau recuit et finio La portion rectiligne extérieure de la boucle de noyau intérieure A et la portion rectiligne adjacente de la boucle de noyau extérieure C traversent la fenêtre ou ouverture de bobinage de l'enroulement électrique 20, de manière à constituer une des branches extérieures; les portions rectilignes dos à dos adjacentes des boucles de noyau intérieures A et B traversent la fenêtre de bobinage de l'enroulement électrique 21, de manière à consti- tuer la branche centrale 15;
et la portion rectiligne extérieure de la bou- cle de noyau intérieure B et la portion rectiligne adjacente de la boucle de noyau extérieure C traversent la fenêtre de bobinage de l'enroulement électrique 22. de manière à former l'autre branche extérieure.
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Un fois terminés les bobinages conducteurs, des coins appropriés 23 peuvent être insérés, comme représenté, de manière à maintenir convena- blement les ensembles électriques fermement en place, par rapport aux bran- ches autour desquelles ils sont bobinés.
Pour simplifier le dessin et faciliter la compréhension de l'in- vention, on n'a pas représenté les ensembles électriques 20, 21 et 22 dans les figures 2 et 3.La forme de réalisation de la figure 2 est similaire à celle de la figure 1, excepté qu'une liaison plus efficace est obtenue entre les boucles de noyau. Deux boucles intérieures A' et B', sensible- ment identiques aux boucles intérieures A et B de la construction de la figure 1, sont montées sur le socle rotatif de façon que le sens de leur enroulement soit le même ,par exemple sinistrorsum), les bandes magnéti- ques non sectionnées 5 et 26 qui proviennent des parties extérieures 27 et 28 des boucles intérieures A' et B', respectivement, s'étendant à par- tir-des extrémités opposées de la branche centrale 29.
On fait alors tour- ner le socle en sens inverse du précédent, c'est-à-dire dans le sens dex- trorsum, pour enrouler en spirales les deux bandes 25 et 26, en parallèle, autour des boucles intérieures A' et B', afin d'établir la partie inté- rieure 30 de la boucle extérieure C'.
On voit ainsi que la bande magnétique provenant de la partie exté- rieure de chacune des boucles intérieures est enroulée dans le sens opposé, à l'effet d'établir un chemin complètement fermé pour le flux magnétique autour de la boucle intérieure, avant que l'enroulement de la-boucle exté- rieure C' soit commencéo La bande magnétique 25 de la partie extérieure 27 de la boucle intérieure A' a été représentée comme ayant été enroulée dans le sens sinistrorsum, avec sa spire extérieure 31 séparée de l'extré- mité¯supérieure de la branche centrale 29 à l'endroit indiqué en 32.
On continue alors à enrouler la bande 25 dans le sens opposé, c'est-à-dire dex- trorsum, sous forme d'une spire 33 entourant la boucle intérieure B', a- vant que les deux bandes 25 et 26 soient disposées parallèlement et enrou- lées ensemble en spirales dans le sens dextrorsum pour former la partie de noyau intérieure 30 de la boucle extérieure C'.
La bande magnétique 26 de la section extérieure 28 de la boucle intérieure B' a été représentée comme ayant été enroulée dans le sens si- nistrorsum, la spire extérieure 34 se séparant de l'extrémité inférieure de la branche centrale 29 au lieu désigné par 35. On a représenté la bande 26 comme se continuant, dans le sens dextrorsum, sous forme d'une spire 36 qui entoure la boucle intérieure A', avant que les deux bandes 25 et 26 aient été disposées parallèlement et enroulées ensemble en spirales dans le sens destrorsum, pour former la partie de noyau intérieure 30 de la boucle extérieure C'.Grâce à cette construction, les deux boucles de noyau intérieures sont reliées entre elles d'une manière plus efficace,
outre que le transfert de flux qui s'effectue entre la branche centrale 29 et la boucle extérieure C', aux deux extrémités de ladite branche cen- trale 29, est plus efficace.
La construction de la figure 3 ne diffère de celle de la figure 1 qu'en ce qu'il est prévu une série de bandes magnétiques reliant entre elles les boucles intérieures et extérieures du noyau. Deux boucles inté- rieures D et E sont établies d'une manière similaire à celle des construc- tions des figures 1 et 2, excepté qu'au lieu de faire varier la largeur des bandes successives de manière à obtenir la forme d'une croix en section transversale, on a supposé que la bande magnétique utilisée dans la con- struction de figure 3 poosède une largeur constante dans toutes les parties du noyau, afin de simplifier la description et de faciliter la compréhen- sion du dessin, la section transversale radiale du noyau étant par consé- quent de forme rectangulaire.
Chacune des spires est composée de plusieurs bandes parallèles, deux bandes parallèles 40 étant représentées pour cha- que spire de la boucle intérieure D et deux bandes parallèles 40' étant représentées pour chaque spire de la boucle intérieure E. Bien que l'épais- seur exagérée des bandes n'ait pas permis de représenter plus de deux ban-
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des magnétiques ainsi disposées parallèlement, il est évident qu'on peut enrouler de cette manière tout nombre désiré de bandes à l'effet de relier entre elles les boucles intérieures et extérieures. De même que dans la construction de figure 1, les bandes 40 et 40' ne sont pas sectionnées après que le nombre désiré de tours a été enroulé en spirale pour former les boucles de noyau intérieures D et E.
Les deux boucles intérieures D et E sont alors montées sur un socle rotatif ,non représenté), la longueur libre des bandes non section- nées 40 et 40' étant continue avec ces boucles et les portions rectilignes des branches les plus longues étant en contact, de la même manière que décrit pour la construction de figure 1.
De préférence, les boucles inté- rieures D et E sont disposées sur le socle de façon que le sens de leur enroulement soit le même.les bandes magnétiques non sectionnées 40 et 40' s'étendant à partir des extrémités opposées de la-branche centrale
Après une demi-révolution du socle rotatif ,non représenté), les bandes
40 et 40' des deux portions intérieures D et E sont disposées parallèlement et, dans la continuation de la rotation du socle,
les deux bandes 40 et 40' sont enroulées en spirale de manière à embrasser étroitement les por- tions intérieures en contact D et Eo Les quatre bandes parallèles 40 et 40' continuent à être enroulées de manière à former une boucle de noyau extérieure fermée F dont l'épaisseur est approximativement la même que cel- le des boucles intérieures D et Eo Les extrémités des bandes magnétiques 40 et 40' sont brasées, soudées ou autrement fixées, ou sont maintenues par un collier de serrage périphérique encerclant la boucle de noyau exté- rieure F,
L'invention offre une construction de transformateur polyphasé unitaire qui est basée sur le principe de l'enroulement du noyau et dans laquelle les portions ou boucles intérieures et extérieure du noyau sont reliées entre elles directement,
par des chemins ferromagnétiques. On no- tera qu'il n'existe -aucun entrefer dans le circuit magnétique et que les circuits de fer à faible réluctance qui relient entre elles les portions intérieures et extérieure du noyau ont leur grain dans la direction du chemin suivi par le flux. On notera en outre qu'un chemin ferromagnétique direct est obtenu pour le flux de la phase d'enroulement médiane, c'est- à-dire pour la branche de bobinage centrale, à l'effet de transférer le flux à cette branche et de le ramener aux branches de bobinage extérieures formées par la boucle extérieure du noyau.
Le flux provenant de l'une quel- conque des phases de bobinage peut ainsi effectuer son chemin de retour en traversant la section transversale entière des autres branches, sans qu'il ait à suivre des chemins d'air à résistance élevée, perpendiculaires aux plans du feuilletage, comme c'était le cas dans les noyaux triphasés à trois branches établis jusqu'à ce jour.
Bien qu'on ait décrit une construction basée sur le montage de deux boucles de noyau intérieures sous forme d'un ensemble sur un socle rotatif, pour effectuer l'enroulement de la boucle extérieure, on se rend compte que ce mode de montage n'a été indiqué qu'à titre explicatif et que le présent noyau de transformateur peut être établi par d'autres moyens.
Par exemple, la boucle de noyau extérieure pourrait être enroulée manuelle- ment, si on le désire. La description a été limitée à un transformateur triphasé à trois branches, mais il va de soi que la présente invention em- brasse tout transformateur du type comportant des empilages de bandes de tôles concentriques, recourbées longitudinalement, dans tous les cas où il est désirable que des portions du noyau soient reliées entre elles par des chemins ferromagnétiques à faible réluctance.