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L'invention se rapporte aux appareils électriques fixes à indue- tion et plus particulièrement à ceux munis d'enroulements en forme de cône ou de cuvette refroidis par vaporisation.
On connaît des appareils fixes à induction à refroidissement par convexion naturelle avec des enroulements en forme de cône ou de cuvette.
Ces appareils constituent un perfectionnement par rapport aux appareils électriques fixes à induction munis d'enroulements en forme de disque plat, car la convexion naturelle du fluide refroidisseur peut y être améliorée. cependant, cette modification ne se justifie pas pour tous les types de flui- de refroidisseur
Lorsque le fluide est gazeux, une amélioration considérable est obtenue en utilisant des enroulements en forme de cône ou de cuvette, plu- tôt qu'en forme de disque plat mais, lorsque le fluide de refroidissement est liquide, l'avantage résultant de l'emploi d'enroulements en forme de dis- que n'est pas manifeste.
La présente invention a pour objet des appareils fixes, à induc- tion, ayant des enroulements électriques en forme de cône ou de cuvette, utilisant un système de refroidissement effectif avec un liquide comme flui- de de refroidissement.
Conformément à l'invention, l'appareil fixe à induction, à refroi- dissement par vaporisation, comporte des enroulements électriques creux en forme de cônes tronqués superposés, écartés axialement l'un de l'autre pour définir des canaux de refroidissement entre eux. Le fluide de refroidisse- ment est un liquide dont le point d'ébullition est dans la zone de tempéra- ture de fonctionnement normal de l'appareil. Les bulles de vapeur formées dans le liquide sont accélérées rapidement à travers les canaux, par leur tendance naturelle à flotter.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit et des dessins l'accompagnant.
- La figure 1 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'une réalisation de 1'invention,, - La figure 2 est une coupe de la figure 1 suivant la ligne 2-2 de la figure le - La figure 3 donne une variante de la figure 1.
- La figure 4 donne une autre variante de l'invention,,
En se reportant à la figurel, on voit un appareil fixe à induction ou transformateur, comprenant une cuve ou enveloppe 10 remplie d'un liquide diélectrique de refroidissement 11. Dans le liquide est immergé un noyau magnétique dont on n'a représenté qu'une partie de branche verticale 12. Le noyau est entouré d'un cylindre 13 en matériau isolant. Les enroulements à basse tension 14 sont cylindriques et entourent le cylindre isolant 13 à une certaine distane définie par les entretoises verticales 15 qui limitent des canaux verticaux de refroidissement 16 entre l'enroulement 14 et le cy- lindre isolant 13.
Concentriquement aux enroulements cylindriques 14 est placé un cylindre en matériau isolant 17, espacé desenroulements 14 par des entretoises verticales 18 délimitant des canaux verticaux de refroidisse- ment 19.
Autour du cylindre isolant 17 sont placés les enroulements à hau- te tension composés de couches 20 en forme de tronc de cône ou de corps creux tronqués, superposés verticalement. Les couches 20 sontespaoées ver- ticalement et axialement l'une de l'autre par des entretoises 21 placées ra- dialement et définissant des canaux annulaires de refroidissement dirigés
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vers l'extérieur et vers le hauta Les couches 20 sont éloignées radialement du cylindre isolant 17 par des entretoises verticales 23 ménageant des ca- naux verticaux de refroidissement 24 en communication avec les canaux 22 situés entre les couches 20. Un cylindre isolant 25 entoure à une certaine distance les couches 20 superposées.
Des entretoises verticales 26 maintien- nent l'écartement et délimitent des canaux verticaux de refroidissement 27 entre les couches 20 et le cylindre isolant 25. Ce dernier est séparé des parois de la cuve 10 par un canal annulaire vertical 28. Les couches 20 superposées sont supportées par des blocs 29 de section triangulaire. Des blocs semblables 30 mais inversés, sont placés à la partie supérieure de l'empilage des couches 20. L'ensemble des couches 20 est rigidement fixé entre les blocs 29 & 30 selon un procédé connu. La cuve 10 est fermée her- métiquement par le couvercle 31. Sur le couvercle 31 et en communication avec l'intérieur de la cuve, sont les tubes de condensation 32.
Le fluide diélectrique de refroidissement 11 est un liquide¯qui se vaporise à la température normale de fonctionnement des enroulements, de façon qu'une grosse quantité de chaleur soit emportée par vaporisation et condensation. Le liquide de refroidissement 11 a son point d'ébullition dans la zone de température en fonctionnement des enroulements électriques.
On peut employer toute une variété de liquides, parmi lesquels les fréons et les fluorocarbures, caractérisés par leur point d'ébullition dans la zo- ne voulue.
Pendant le fonctionnement du transformateur représenté figo 1 et 2, les enroulements chauffent et la chaleur passe dans le liquide de refroi- dissement 11. Comme ce liquide a sa température d'ébullition dans la zone de température de l'appareil, s des bulles de vapeur se forment dans le liqui- de 11; Comme on l'a représenté fig. 1, les bulles de vapeur formées dans les canaux 16 & 19 montent verticalement à la surface du liquide 11.
Les bulles de vapeur formées dans les canaux 22 radiaux et inclinés vers le haut, montent rapidement dans ces canaux 22 vers le canal vertical de refroidisse- ment 27 en augmentant la circulation naturelle par convexion du liquide re- froidisseur llo Il y a une concentrationélevée de bulles dans le canal ver- tical 27 et pratiquement aucune bulle dans le canal vertical 24. o Cela tient à ce que les couches en tronc de cône 20 sont inclinées depuis leur circon- férence intérieure vers leur circonférence extérieure plus élevée; les ca- naux 22 ont la même pente etles bulles de vapeur formées montent toujours des canaux 22 dans le canal 27 qui leur est raccordé.
La concentration minimum de bulles dans le canal vertical est très avantageuse, car le canal 24 situé entre les enroulements 20 à haute tension et les enroulements 14 à basse tension, est dans une région à contrainte électrique élevée' Comme un liquide est un meilleur isolant électrique qu'un gaz, le degré d'isolement enrre les enroulements à haute tension 20 et les enroulements à 'oasse tension 14 sera accru puisqu'il n'y aura que du liquide dans le canal de refroidissement 24. D'une façon analogue, la for- me conique des enroulements 20 et la pente des canaux 22 empêchent l'accu- mulation de bulles sous les enroulements 20, comme c'est le cas avec des enroulements en forme de disque plat
La concentration élevée de bulles dans le canal vertical 27 a. une conséquence très utile.
Les bulles de vapeur forment une cloison isolante au son et diminuent le bruit produit dans les appareils, fixes à induction.
De même, les bulles dans les canaux 16 & 19 donnent un avantage analogue.
De plus, l'accélération rapide du liquide et des bulles due aux canaux bien délimités 16, 19, 24, 22 et 27, aide à l'enlèvement des pellicules sta- sgnant sur les surfaces des enroulements électriques.
Après avoir monté dans les canaux 16, 19 et 27, les bulles arrivent
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à la surface 11 du liquide et vont vers les tubes condenseurs 32 où elles se condensent. Le liquide condensé retourne dans le liquide 11. Les extré- mités des tubes condenseurs 32 sont placées au-dessus du canal de refroidis- sement 28 et le liquidecondensé descend dans le canal vertical 28 jusqu'au fond de lacuve. Pendant la descente, le liquide condensé continue à se refroidir au contact des parois de la cuve 10; finalement, le liquide con- densé atteint le fond de la cuve et rentre dans les canaux de refroidisse- ment 16, 19 et 24 et recommence son cycle de refroidissement entrée dans le canal 24, vaporisation dans les canaux 22 et remontée par le canal 27 vers les tubes de condensation 32.
Dans la figure 3, qui représente une variante de construction, le noyau magnétique vertical 40 est entouré d'un cylindre en matériau isolant 41. Autour de ce cylindre sont empilées verticalement les couches 42 à basse tension, qui ont une forme creuse tronquée ou en tronc de cône et dont la pente vers le haut va de leur circonférence extérieurevers leur circonfé- rence intérieure . Les couches 42 sont séparées verticalement par des en- tretoises radiales 43 délimitant des canaux de refroidissement 44 entre les couches à basse tension 42.
L'ensemble des couches 42 est séparé radiale- ment du cylindre isolant 41 par un canal annulaire vertical de refroidisse- ment 45; extérieurement, les couches 42 sont entourées d'un cylindre isolant 46 séparé de la circonférence extérieure des couches 42 par un canal de re- froidissement annulaire 47e Isolé du cylindre 46 est un empilage de couches à haute tension 48 en forme de corps creux tronqué ou de tronc de cône. La pente vers le haut des couches 48 va de leur circonférence intérieure vers leur circonférence extérieure; les couches 48 sont séparées l'une de l'autre par des entretoises radiales 49 délimitant des canaux radiaux 50.
Entre les angles intérieurs des couches 48 et le cylindre isolant 46 est ménagé un canal annulaire de refroidissement 51 et, autour des couches 48 est placé un cylindre isolant 52 séparé des couches 48 par un canal vertical de refroi- dissement 53.
Comme dans la réalisation selon les figures 1 et 2 l'ensemble selon la figure 3 est immergé dans un liquide diélectrique dé refroidisse- ment 54 dont la température de vaporisation est dans la zone de température de fonctionnement des enroulements électriques, Etant donnée la forme ra- diale, et dirigée vers le haut,des canaux 50 et 44 dont la pente s'écarte du cylindre isolant 46, une forte concentration de bulles de vapeur se for- me dans les canaux verticaux de refroidissement 45 & 53. Par contre, la concentration de bulles est minimum dans les canaux verticaux 47 & 51. Il s'ensuit que le degré d'isolement entre les enroulements à haute tension 48 et ceux à basse tension 42 est sensiblement accru dans cette forme de l'in- vention.
Comme dans la précédente réalisation, la connementraion des bulles de vapeur dans les canaux verticaux 45 & 53 sont de barrière isolante au son, Dès que les bulles,après leur montée dans les canaux 45 & 53, ont at- teint les tubes condenseurs non figurés, la vapeur condensée retombe dans le liquide 54 et gagne le fond de la cuve d'où elle repart par les canaux 51& 47 pour un nouveau cycle de vaporisation.
La figure 4 représente une autre variante de réalisation, dans la- quelle les couches à basse tension 60 et les couches à haute tension 61 ont la forme d'un cône tronqué ou d'un corps creux trohqué. Les couches sont empilées les unes sur les autres de façon qu'une paire de couches à haute tension 61 soit alternée avec une paire de couches à basse tension 60 et vi- ce-versa. Une couche à basse tension 60 et la couche haute-tension 61 voi- sine sont séparées l'une de l'autre par un corps creux tronqué ou tronc de cône en matériau isolant 62. Dans la région de forte contrainte électrique, la partie extérieurede la couche isolante 62 s'étend extérieurement au-delà des couches 60 & 61 pour augmenter l'isolement et le chemin de contournement
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électrique.
Pour une raison analogue, la partie interne de la couche 62 porte une collerette rabattue 67.
Dans chacune des paires de couches 60 & 61, chaque couche est distante de l'autre, de manière à ménager des canaux de refroidissement 63 entre elles,sans interposition de couche isolante entre elles, car il n'y a pas de contrainte électrique élevée entre deux couches 60 à basse tension ou entre deux couches 61 à haute tension. Des entretoises radiales 64 es- pacent les couches d'une même paire à basse ou à haute tension pour délimi- ter radialement des canaux 63 dirigés vers le haut et vers l'extérieur.
Les couches 60 & 61 entourent un cylindre isolant 65 disposé au- tour du noyau 66 d'un transformateur. Entre les rebords verticaux 67 des cloisons 62 sont placées des entretoises verticales 68 délimitant un canal vertical de refroidissement 71 en communication avec les canaux 63.
Comme dans les réalisations précédentes, l'appareil électrique est immergé dans un diélectrique liquide isolant 72 qui possède une température d'ébullition dans la zone de température de fonctionnement de l'appareil électrique, Les bulles de vapeur formées dans les canaux 63 montent rapi- dement dans le canal 71, puis dans les tubes de condensation non figurés.
La forte concentration de bulles dans le canal 71 forme une cloison isolan- te au son, et la montée rapide des bulles et du liquide dans les canaux 63, 69 & 71 entraîne toute pellicule accrochée sur les surfaces extérieures des couches 60 & 61.