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-Noyaux de transformateur
La présente invention concerne, de façon générale, les noyaux et, plus spécialement, les noyaux feuilletés utilisés dans les transformateurs et appareils à induction semblables.
L'invention a pour but de réaliser, entre les faces de contact d'un noyau feuilleté, de plus fortes pressions à hauteur de la ligne médiane du noyau oue sur les bords de celui-ci, de façon à réduire la résistance électrique et la rigidité diélectri-
Que entre tôles à hauteur de la ligne médiane par rapport à la résistance lectricue et la rigidité diélectrique entre les tôles sur les bords de celles-ci, afin de pouvoir construire un noyau à pertes plus faibles.
L'invention ressortira clairement de la des- cription détaillée, donnée ci-après, de plusieurs de ses formes
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(:',;:.(....:;z:.v:ll'c!?réSe!lt2es" à titre d-Ic-7.er-ple., au dessin annexée 'ra:p.. lequel :
La fig. 1 est une vue en plan d'un noyau de transformateur du type cuirasse suivant la présente invention.
La fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en bout d'une variante de noyau bobiné construite suivant la présente invention.
La fige 4 est une coupe du noyau de la fig. 3 suivant la ligne IV-IV de la fig.
La fig. 5 est une vue en coupe d'un ncy'au feuilleté constituant une variante du noyau de la fige 3, également conforme
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çi..J 'c'¯ présente invention., et
La fige 6 est un schéma de noyau montrant comment les ten- sions sont induites dans le noyau ainsi que des parties auxquelles on se référera dans la description ci-après.
' La fige 1 représente le noyau 10 composé de plusieurs @eles d'une largeur déterminée prises dans de la tôle d'acier électrique. La tôle d'acier électrique consiste généralement en un alliage de fer et de silicium réduit à l'épaisseur voulue par laminage à chaud ou à froid. Dans les deux cas, la pellicule de matière isolante servant à isoler les tôles les unes des autres est appliquée en cours de fabrication. En outre, la présente inven- tion n'est pas limitée aux tôles de fer-silicium, mais s'applique à toute tôle à noyau qu'on recouvre d'une pellicule isolante.
Dans la fabrication des noyaux de transformateurs et autres appareils à induction, il faut soumettre les enroulements, une fois montés sur les noyaux, à des essais imposés pour voir si le transformateur satisfait ou non aux prescriptions prévues.
Un de ces essais habituellement appliqué est l'essai à front raide.
L'expérience a montré qu'après des essais à front raide sur des transformateurs et appareils à induction semblables, il
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peut y avoir une notable augmentation des pertes dans le fer,
On a découvert, en outre, que cette augmentation des pertes dans le fer est due au'percement électrique des pellicules isolantes recouvrant les tôles, ce qui s'exprime plus couramment: percement de l'isolement entre tôles. Si un percement de l'isolement se produit durant l'essai à front raide, quand on met le noyau en service, on constate des courants de Foucault et par conséquent des pertes dans le fer non négligeables. Les courants de Foucault provoqués par le percement de l'isolement entre tôles, circulent entre les tôles.
Pour pouvoir exposer les avantages et le rôle de la pré- sente invention, il faut expliquer pourquoi l'isolement entre tôles est percé durant les essais à front raide. A la mise sous ension des enroulements durant l'essai à front raide., il est toujours appliqué à l'isolant séparant les tôles une tension à deux compo- santes, une composante électrostatique et une composante électro- magnétique.
Les tensions électromagnétiques appliquées peuvent être représentées par les flèches A de la fig. 6. Le sens d'écoulement du flux fait que les tensions électromagnétiques sont maxima sur les bords 14 du noyau et opposées, et nulles dans le plan médian 13. Quand la tension devient nulle par percement de l'isolement entre tôles à un bord du hoyau, la tension, à l'autre bord, monte presqu'au double et peut provoquer un autre percement de l'isole- ment entre tôles. Si le percement se produit sur les deux bords, il y a circulation de courant connu sous le nom de courant de Foucault. Ce courant provoque des pertes notables dans le fer.
L'expérience a montré que la composante de tension électro statique n'augmente pas, par elle-même) les pertes dans le fer, parce qu'elle ne provoque, en général, qu'un percement de l'isole- ment entre tôles. Il n'y a donc pas production de courants de Foucault.
Dans un transformateur en fonctionnement normal,, il y a aussi une composante de tension électromagnétique présente
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dans le noyau. Celle-ci est moindre que la tension électrostatique pendant l'essai à front raide et varie différemment dans le termps, mais se répartit -de la même façon dans le noyau. La composante électromagnétique provient d'une tension induite due à la variation continuelle du flux magnétique dans le noyau. L'expérience montre, en outre, que cette composante électromagnétique entretient des courants de Foucault avec, comme résultat, des pertes dans le fer.
Si les composantes électromagnétique et électrostatique sont toutes deux présentes durant les essais à front raide, et si elles ne sont pas négligeables, l'augmentation de perte dans le fer peut devenir importante et dépasser celle due à la-composante électromagnétique seule. Même si la composante électrostatique à elle seule a relativement peu d'effet, elle peut doubler l' @ffet de la composante électromagnétique quand elle est de grandeui Affisan- te et conjuguée à celle-ci. En d'autres'mots, la composante élec- trostatique jointe à la composante électromagnétique produit plus rapidement un percement de l'isolement entre tôles.
La contrainte électrostatique due à la composante de tension électrostatique peut être réduite en diminuant la résis- tance de l'empilage de tôles du noyau. Quand cette résistance du noyau est réduite dans le plan médian, c'est-à-dire le long de la ligne 13 à la fig. 6, cela n'a pas d'effet sur les pertes normales dans le fer, puisqu'il n'y a pas de contrainte de tensions élec- tromagnétiques dans ce plan. La tension électromagnétique est géné- ralement appliquée comme les flèches A de la fig. 6 le montrent.
En outre, le même effet peut être obtenu, si le percement dû à la contrainte électrostatique est limité au plan neutre ou médian, en dehors des bords des tôles. La composante électrostatique de tension est appliquée comme les flèches B de la fig. 6 le montrent.
Comme la composante électromagnétique de tension présente dans le noyau est due à la nature même du fonctionnement du noyau, il ne semble pas y avoir de moyen pratique de l'éliminer. Cependant,
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comme a contrainte due à la composante électromagnétique de
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l'têlt:51011 est 1lu.11dans le pla.n neutre, c-1,Est-â-dire le long de la ligne 13, cette information est utilisée pour la réalisation de la présente invnetion comme décrit ci-après.
Les tôles de noyaux de transformateur soit du type bobiné, du type cuirassé ou du type ouvert sont obtenues par découpage
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vu .>sc:rapage de tôle d'acier électrique. Des bavures se formente durant ces opérations, sur les bords des tôles ou bandes découpées, de sorte que l'isolement entre tôles n'est pas aussi efficace qu' illeurs. L'isolement est donc le plus faible là où. la composan- te électromagnétique de tension est la plus forte. Afin de réduire la résistance et la rigidité diélectrique de l'empilage de tôles dans le plan neutre, qu'il s'agisse des noyaux du type cuir@@sé, ouvert ou bobiné, il est prévu des moyens pour augmenter 1 . pres- $ion de contact entre tôles dans le plan neutre, suivant la ligne 13 de la fig. 6 par exemple.
Comme cela est expliqué ci-après, différents moyens peuvent être utilisés pour augmenter la pression de contact dans le plan neutre*
Dans le cas des noyaux faits d'un empilage de tôles, comme le noyau du type cuirassé représenté à la fig. 1 ou le noyau du type ouvert, un certain nombre de tôles 15 sont empilées de manière bien connue dont il est inutile de donner la description.
Après avoir empilé quelques tôles, on place au-dessus de celles-ci des bandes de matière 16 plus étroites que les tôles elles-mêmes.
Ces bandes peuvent être prises dans la même tôle d'acier électri- que dont se composent les tôles normales du noyau. On peut aussi utiliser des bandes de cuivre ou des bandes en tout autre métal conducteur de l'électricité. On pourrait encore utiliser des bandes de matière non magnétique à condition que ces bandes contiennent assez de métal pour établir un contact électrique entre les tôles .séparées par les bandes 16. Il est cependant préférable d'utiliser des bandes 16 en matière magnétique, parce qu'elles font alors aussi
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fond; oWI\ÙlY.1t:-at partie du noyau.
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Dans les noyaux comprenant des bandes 16, le poids de? tôles elles-mêmes augmente fortement la pression de contact entre tôles aux endroits des bandes intercalaires. Comme représenté., ces bandes se trouvent en substance à l'endroit de la ligne médiane des tôles. La pression est donc la plus forte dans le plan neutre, comme représenté par la ligne 13 à la. fig. 16.. Cette pression est encore accrue dans les transformateurs et autres appareils à induction, quand les brides de serrage des tôles sont appliquées.
En outre, il est évident que la pression de contact est moindre sur lies bords des tôles que dans le cas des noyaux ordinaires non munis de bandes de séparation comme en 16.
Dans le cas des noyaux enroulés, comme à la fig..il suffit, dura.nt l'enroulement, d'insérer les bandes 16 après un certain nombre de tours 17, pour obtenir,..en section transversale, un noyau bobiné se présentant comme le noyau décrit ci-avant.
Comme les figs. 2 et..4. .le montrent,, en section transversal les noyaux à tôles empilées et les noyaux, enroulés se présentent de façon très semblable. Il a été, constaté que de très bons résul- tats sont obtenus avec des bandes de matière 16 ayant environ le sixième de la largeur des tôles' empilées ou de la bande enroulée.
Le noyau représenté en variante à la fig. 5 se compose soit de plusieurs tours de.bande enroulée 17 soit de plusieurs tôles empilées. 15 d'une largeur déterminée. Apres enroulement d'un nombre de tours 17 déterminé dans le cas de noyaux enroulés ou empilage .'d'un nombre déterminé de tôles 15, on enroule une spire ou on dépose une tôle 18 dont la largeur est égale aux deux tiers de la largeur des spires ou tôles principales, on enroule ensuite le même nombre de spires principales ou on dépose le même nombre de tôles principales suivies à nouveau d'une spire ou d'une tôle de largeur deux tiers. La deuxième fois, la bande ou tôle moins large est misede l'autre côté du noyau tout en chevauchant la première.
On continue ainsi à intercaler des tôles ou bandes moins
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larges disposées en quinconce jusqu'à bobinage entier du noyau ou empilage complet des tôles.
Comme la fig. 5 le montre, il y a des groupes de tales ou spires 15 et 17 de tôle d'acier électrique d'une largeur déter- minée dans le noyau et, par intervalles, des bandes ou tôles 18 moins larges mises alternativement d'un côté du noyau et de l'au- tre, ces bandes ou tôles étant cependant assez larges pour se chevaucher. Le noyau ainsi obtenu, comme la fig. 5 le montre, a une plus grosse épaisseur de métal le long de la ligne médiane, c'est- à dire dans le plan neutre représenté par la ligne 13 à la fig. 6.
Quand les dispositifs de serrage des noyaux sont appliqués, la pres- sion de contact est plus grande au centre que sur les bords.
De cette manière, la résistance et la rigidité d@ 'ce- trique du noyau à empilage ou bobiné sont' fortement réduites dans le plan média.n. Par conséquent, tout percement de l'isolement entre tôles dû à la composante électrostatique dans les essais à front raide se produira dans le plan médian, où il est, en substance, sans importance.
On remarquera aussi que la rigidité diélectrique sur les bords est renforcée grâce à la pression de contact plus faible, ce qui réduit les chances de percement par la composante élec- tromagnétique de la tension qui est la plus forte sur les bords du noyau.
Un nombre suffisant de transformateurs du type cuirassé conformes à l'invention ont été essayés et comparés à d'autres transformateurs non conformes à l'invention. Les essais ont montré que les noyaux de transformateur non conformes à l'invention ont subi une augmentation des pertes dans le fer, après l'essai à front ride, de 9,9% et une déviation standard de 6,2% L'expression "déviation satndard" se rapporte à une estimation scientifique nue 68% d'un très grand nombre de noyaux est compris entre la moyanne plus la déviation standard et la moyenne moins la déviation .standard.
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Le." OYê..1:¯:: CE-'1¯CrIleS à. (TF:1>Lv.'.t essayés 1*1E5 3.- " zizis cn-7- Z!'b .,,\,,,> augs.ents.tion moyenne des ., ?.:.- fer de 1F3,, "" avec une déviation standard de 23%. Ceci ::.':: ti t;t.:'.3 un perfectionnement très inattendu par rapport aux =.: ,:.â a.Duareils du même genre. il se conçoit facilement que cèle. s=¯:w:¯-¯ une grosse économie en fonctionnement de transforniateurs.
REVENDICATIONS
1.- Noyau feuilleté pour transformateurs et autres appa- reils à induction, comprenant plusieurs tôles découpées dans de la tôle d'acier électrique d'une largeur déterminée, caractérisé au ce que des bandes de matière conductrice plus étroite que les sont intercalées de telle façon entre certaines des coles, que la pression de contact entre tôles soit plus forte dans le centre du noyau que sur ses bords.