CA1211169A - Transformateur de distribution a circuit magnetique enroule - Google Patents
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Abstract
Un transformateur de distribution comportant au moins un circuit magnétique fermé en forme de tore creux constitué d'un ruban enroulé en acier ferromagnétique. Un circuit électrique est formé d'un enroulement primaire et d'un enroulement secondaire, chacun étant constitué d'un ou de plusieurs sous-ensembles en forme de galette double, ces sous-ensembles étant juxtaposés et moulés ensemble au moyen d'une matière isolante solide qui forme avec les enroulements qu'elle entoure et qu'elle infiltre, un cadre rigide isolé sur lequel se trouve enroulé le circuit magnétique en forme d'un ou de plusieurs tores. Le cadre rigide isolé constitué par les enroulements électriques et la matière aussi isolante de moulage renferme des tubes destinés à la circulation du fluide qui refroidi intérieurement le bloc des conducteurs électriques moulés ainsi que le circuit magnétique.
Description
~2111~13 La présente invention concerne un nouveau type de transformateur de distribution dans lequel le circuit électrique est constitué de deux ou de plusieurs sous-ensembles en forme de galettes doubles juxtaposées et moulées ensemble par un matériau isolant qui donne à
l'ensemble de l'enroulement électrique l'aspect d'un cadre rigide refroidi intérieurement par des tubes dans lesquels circule un fluide de refroidissement et sur l'un ou plusieurs cotés dédit cadre rigide se trouve enroulé le circuit magnétique constitué par un ou plusieurs toues formés par un ruban plat de matériau ferromagnétique, le circuit magnétique étant lui aussi refroidi par le fluide qui circule dans les tubes à l'intérieur du bloc du bobinage électrique.
Les transformateurs de distribution conventionnels servent à diminuer la tension électrique au point où l'on fait l'utilisation de l'énergie électrique. Un transformateur de distribution de type conventionnel tel que connu présent te ment est constitué essentiellement par un circuit magnétique cuirassé formé par l'assemblage de thé fines disposées dans des plans parallèles et empilées les unes par dessus les autres. Ces tôles, qui sont aujourd'hui presque exclusivement des tôles cristaux orientés, ont une structure fortement anisotropique: très performantes dans le sens du laminage, elles ont des caractéristiques magnétiques très médiocres dans le sens perpendiculaire au sens du laminage. Les enroué
lements électriques primaire et secondaire de ces transforma-leurs de distribution sont constitués par des métaux con duc-leurs, comme par exemple le cuivre, étirés sous forme de fils isolés électriquement de section rectangulaire ou circulaire et enroulés en bobine autour d'une ou de plusieurs jambes hi du cadre fermé du noyau magnétique. Les tensions électriques appliquées à l'enroulement primaire des transformateurs de distribution sont de l'ordre de quelques kilovolts et pouvant atteindre plusieurs dizaines de kilovolts, tandis que les tensions apparaissant aux bornes de l'enroulement secondaire sont de ladre de quelques centaines de volts.
La plage des puissances des transformateurs de distribution se situe entre quelques kV~ et environ 300 va.
Le circuit magnétique et le circuit électrique sont immergés dans une huile minérale contenue dans une cuve métallique Cette huile sert d'isolant et aussi participe au processus de refroidissement. Les défauts majeurs des transformateurs de distribution conventionnels sont les suivants.
1. Les transformateurs de distribution, étant immergés dans une huile qui est inflammable peuvent provoquer un incendie ou une explosion en cas de défaut ou d'échauffe-ment excessif et la masse de l'huile représente environ 25%
de la masse du transformateur excluant la cuve et les traversées.
l'ensemble de l'enroulement électrique l'aspect d'un cadre rigide refroidi intérieurement par des tubes dans lesquels circule un fluide de refroidissement et sur l'un ou plusieurs cotés dédit cadre rigide se trouve enroulé le circuit magnétique constitué par un ou plusieurs toues formés par un ruban plat de matériau ferromagnétique, le circuit magnétique étant lui aussi refroidi par le fluide qui circule dans les tubes à l'intérieur du bloc du bobinage électrique.
Les transformateurs de distribution conventionnels servent à diminuer la tension électrique au point où l'on fait l'utilisation de l'énergie électrique. Un transformateur de distribution de type conventionnel tel que connu présent te ment est constitué essentiellement par un circuit magnétique cuirassé formé par l'assemblage de thé fines disposées dans des plans parallèles et empilées les unes par dessus les autres. Ces tôles, qui sont aujourd'hui presque exclusivement des tôles cristaux orientés, ont une structure fortement anisotropique: très performantes dans le sens du laminage, elles ont des caractéristiques magnétiques très médiocres dans le sens perpendiculaire au sens du laminage. Les enroué
lements électriques primaire et secondaire de ces transforma-leurs de distribution sont constitués par des métaux con duc-leurs, comme par exemple le cuivre, étirés sous forme de fils isolés électriquement de section rectangulaire ou circulaire et enroulés en bobine autour d'une ou de plusieurs jambes hi du cadre fermé du noyau magnétique. Les tensions électriques appliquées à l'enroulement primaire des transformateurs de distribution sont de l'ordre de quelques kilovolts et pouvant atteindre plusieurs dizaines de kilovolts, tandis que les tensions apparaissant aux bornes de l'enroulement secondaire sont de ladre de quelques centaines de volts.
La plage des puissances des transformateurs de distribution se situe entre quelques kV~ et environ 300 va.
Le circuit magnétique et le circuit électrique sont immergés dans une huile minérale contenue dans une cuve métallique Cette huile sert d'isolant et aussi participe au processus de refroidissement. Les défauts majeurs des transformateurs de distribution conventionnels sont les suivants.
1. Les transformateurs de distribution, étant immergés dans une huile qui est inflammable peuvent provoquer un incendie ou une explosion en cas de défaut ou d'échauffe-ment excessif et la masse de l'huile représente environ 25%
de la masse du transformateur excluant la cuve et les traversées.
2. La conception du transformateur conventionnel de distribution est telle qu'il est impossible d'éviter lapa rit-on de "points chauds" qui accélèrent le vieillissement de l'huile et de toutes les isolations électriques du transforma-leur.
3. La conception du transformateur conventionnel de distribution est telle, qu'elle ne permette pas une utilisation complète de l'anisotropie des tôles cristaux orientés formant le circuit magnétique.
4. Les traversées huile-air des transformateurs de distribution conventionnels sont peu fiables 121~
5. Les transformateurs de distribution conventionnels sont caractérisés par des pertes diénergie par hystérésis et par courants de Foucault, es pertes étant continuelles et relativement importantes.
e nouveau transformateur de distribution-objet de la présente invention élimine totalement ou partiellement les défauts et les désavantages mentionnés ci-dessus.
Un aspect de la présente invention consiste en un nouveau type de transformateur de distribution comportant un circuit électrique formé d'un enroulement primaire et d'un enroulement secondaire, chacun étant constitué d'un seul ou de plusieurs sous-ensembles en forme de galette double.
On définit ici pour la présente invention, une galette comme étant formée par un certain nombre de spires roulées en spirale et on définit un sous-ensemble comme étant constitué de deux galettes formées d'un conducteur électrique ininterrompu.
Ces sous-ensembles étant juxtaposés et moulés ensemble au moyen d'une matière isolante solide qui forme, avec les enroulements qu'elle englobe et qu'elle infiltre, un cadre rigide et isolé sur lequel se trouve enroulé le circuit magnétique.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution dont les sections perpendiculaires du cadre formé par les enroulements électri-que et la matière isolante de moulage peuvent être circulaires ou bien avoir une autre forme.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution dont les isola-lions des conducteurs des enroulements primaire et secondaire y ainsi que toutes les autres isolations du bobinage étant moulées ne sont pas assujetties à luxure due aux vibrations provoquées par les forces électromagnétiques agissant sur les conducteurs électriques de tout transformateur.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution qui ne comporte pas de traversées huile-air "Des extrémités des enroulements étant assemblées aux connecteurs de ligne qui sont moulés dans le bloc formé par les enroulements et la matière isolante de moulage.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution comportant un bobinage électrique moulé dont tous les matériaux isolants et de moulage peuvent être de classe thermique QUE ou plus.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur dont les enroulements comportent seulement des isolations planes rigides ou flexibles Conti-tuant les isolations de Barrière entre le primaire et le secondaire et les isolations entre les galettes voisines et aussi entre les sous-ensembles en forme de galette double.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution dont le carre formé par les enroulements électriques et la matière isolante de moulage est traversé par des plaques itou de tubes de refroidissement destinés à la circulation d'un fluide refroi-dissent.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution dont l'isolation du circuit électrique, la matière de moulage ainsi que toutes les autres composantes du transformateur sont quasi in in-flammables.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution comportant un circuit magnétique en forme d'au moins d'un toue creux cons-tiqué d'un ruban en acier ferromagnétique enroulé autour dune ou de plusieurs parties à section circulaire ou non circulaire du cadre formé par tes enroulements et la matière de moulage.
n autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution dont le circuit magnétique enroulé en spirale permet l'utilisation quasi complète de l'anisotropie des tôles à cristaux orientés car la direction de laminage de ces tôles correspond à la direct lion du flux magnétique dans chacun des toues.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution dont la masse du circuit magnétique de type cuirassé représente environ 70% de la masse du circuit magnétique d'un transformateur conventionnel ayant la même puissance.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution dont les pertes d'énergie électrique dans le circuit magnétique sont minimisées à la suite de la minimisassions de la masse du circuit magnétique et de l'utilisation presque totale de l~anisotropie des tôles à cristaux orientés.
~211~
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution dont le circuit magnétique est constitué d'un ou de plusieurs toues formés de ruban en acier amorphe par exemple du type MEUGLAS 2605 S-2.
Lorsqu'on utilise de l'acier amorphe, les toues sont enroulés autour d'un cadre rigide constitué des enroulements primaire et secondaire et des plaques itou tubes de refroidissement, le tout traité thermique ment et magnétique ment et ensuite moulé au moyen de matières isolantes comme par exemple des élastomères chargés de grains d'oxyde de silice.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution comportant un circuit magnétique en forme daigne ou de plusieurs toues creux en acier amorphe, chacun de ces toues étant disposé sur un plateau en matière isolante servant de support dont la charge mécanique est indépendante de la charge mécanique appliquée aux autres supports. Les axes des toues étant verticales, tout élément de serrage itou de fixation devient inutile, ce qui a pour effet l'élimination des pertes magnétiques due aux contraintes mécaniques qui apparaissent et persistent sous l'effet des forces mécaniques développées par les éléments de fixation et de serrage des transformateurs conventionnels.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution dont le circuit magnétique n'exige aucun élément de fixation, de serrage et de cuves métalliques qui sont électro-conductrices et de ce fait annule les pertes d'énergie dans ces sous-ensembles.
Selon un autre aspect large de la présente invention, l'on prévoit un transformateur de distribution caractérisé-par le fait qu'il comprend un circuit électrique forme par
e nouveau transformateur de distribution-objet de la présente invention élimine totalement ou partiellement les défauts et les désavantages mentionnés ci-dessus.
Un aspect de la présente invention consiste en un nouveau type de transformateur de distribution comportant un circuit électrique formé d'un enroulement primaire et d'un enroulement secondaire, chacun étant constitué d'un seul ou de plusieurs sous-ensembles en forme de galette double.
On définit ici pour la présente invention, une galette comme étant formée par un certain nombre de spires roulées en spirale et on définit un sous-ensemble comme étant constitué de deux galettes formées d'un conducteur électrique ininterrompu.
Ces sous-ensembles étant juxtaposés et moulés ensemble au moyen d'une matière isolante solide qui forme, avec les enroulements qu'elle englobe et qu'elle infiltre, un cadre rigide et isolé sur lequel se trouve enroulé le circuit magnétique.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution dont les sections perpendiculaires du cadre formé par les enroulements électri-que et la matière isolante de moulage peuvent être circulaires ou bien avoir une autre forme.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution dont les isola-lions des conducteurs des enroulements primaire et secondaire y ainsi que toutes les autres isolations du bobinage étant moulées ne sont pas assujetties à luxure due aux vibrations provoquées par les forces électromagnétiques agissant sur les conducteurs électriques de tout transformateur.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution qui ne comporte pas de traversées huile-air "Des extrémités des enroulements étant assemblées aux connecteurs de ligne qui sont moulés dans le bloc formé par les enroulements et la matière isolante de moulage.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution comportant un bobinage électrique moulé dont tous les matériaux isolants et de moulage peuvent être de classe thermique QUE ou plus.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur dont les enroulements comportent seulement des isolations planes rigides ou flexibles Conti-tuant les isolations de Barrière entre le primaire et le secondaire et les isolations entre les galettes voisines et aussi entre les sous-ensembles en forme de galette double.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution dont le carre formé par les enroulements électriques et la matière isolante de moulage est traversé par des plaques itou de tubes de refroidissement destinés à la circulation d'un fluide refroi-dissent.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution dont l'isolation du circuit électrique, la matière de moulage ainsi que toutes les autres composantes du transformateur sont quasi in in-flammables.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution comportant un circuit magnétique en forme d'au moins d'un toue creux cons-tiqué d'un ruban en acier ferromagnétique enroulé autour dune ou de plusieurs parties à section circulaire ou non circulaire du cadre formé par tes enroulements et la matière de moulage.
n autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution dont le circuit magnétique enroulé en spirale permet l'utilisation quasi complète de l'anisotropie des tôles à cristaux orientés car la direction de laminage de ces tôles correspond à la direct lion du flux magnétique dans chacun des toues.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution dont la masse du circuit magnétique de type cuirassé représente environ 70% de la masse du circuit magnétique d'un transformateur conventionnel ayant la même puissance.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution dont les pertes d'énergie électrique dans le circuit magnétique sont minimisées à la suite de la minimisassions de la masse du circuit magnétique et de l'utilisation presque totale de l~anisotropie des tôles à cristaux orientés.
~211~
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution dont le circuit magnétique est constitué d'un ou de plusieurs toues formés de ruban en acier amorphe par exemple du type MEUGLAS 2605 S-2.
Lorsqu'on utilise de l'acier amorphe, les toues sont enroulés autour d'un cadre rigide constitué des enroulements primaire et secondaire et des plaques itou tubes de refroidissement, le tout traité thermique ment et magnétique ment et ensuite moulé au moyen de matières isolantes comme par exemple des élastomères chargés de grains d'oxyde de silice.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution comportant un circuit magnétique en forme daigne ou de plusieurs toues creux en acier amorphe, chacun de ces toues étant disposé sur un plateau en matière isolante servant de support dont la charge mécanique est indépendante de la charge mécanique appliquée aux autres supports. Les axes des toues étant verticales, tout élément de serrage itou de fixation devient inutile, ce qui a pour effet l'élimination des pertes magnétiques due aux contraintes mécaniques qui apparaissent et persistent sous l'effet des forces mécaniques développées par les éléments de fixation et de serrage des transformateurs conventionnels.
Un autre aspect de la présente invention consiste en un nouveau transformateur de distribution dont le circuit magnétique n'exige aucun élément de fixation, de serrage et de cuves métalliques qui sont électro-conductrices et de ce fait annule les pertes d'énergie dans ces sous-ensembles.
Selon un autre aspect large de la présente invention, l'on prévoit un transformateur de distribution caractérisé-par le fait qu'il comprend un circuit électrique forme par
- 6 -1211~9 les enroulements primaire et secondaire isolés du point de vue électrique et constitué d'au moins deux sous-ensembles isolés entre eux et juxtaposés et retenus ensemble de faucon à donner, au bobinage électrique, l'aspect d'un cadre rigide.
Des moyens de refroidissement sont disposés a l'intérieur dédit cadre rigide dans lequel circule un fluide de refroi-pissement. Un circuit magnétique est enroulé autour de l'une ou de plusieurs parties dédit cadre rigide et est constitué
par un ou plusieurs corps formés par des couches superposées d'un ruban plat de matériau à cristaux orientés et de haute perméabilité magnétique relative. Ledit ruban ayant subi un traitement thermique et magnétique et d'un procède d'enroule-ment et de déroulement afin de diminuer les pertes dans ledit circuit magnétique causé par hystérésis et par courants Foucault. Des moyens de supports sont associés avec chacun ou plusieurs des toues afin de les supporter sur le rebord en-roulé avec leur axe disposé verticalement afin d'éliminer subi stantiellement les forces mécaniques pouvant endommager ledit ruban métallique ce qui augmenterait lesdites pertes.
Pu - 7 -~29L~ 3 Une réalisatiorl préférée de la présente invention sera maintenant décrite en référence à des exemples illustrés dans les dessins annexés, dans lesquels:
La Figure est une vue de côté du nouveau transfère-mateur de distribution selon la présente invention, certaines parties du dessin étant fragmentées pour illustrer la cons-traction du transformateur, la Figure 2 est une section prise à travers le circuit électrique et le circuit magnétique cette figure est localisée hors séquence la Figure 3 est une représentation schématique d t une autre forme de construction du transformateur de dis-tribut ion selon la présente invention la Figure 4 est une représentation schématique illustrant une autre forme de construction du transformateur de distribution selon la présente invention, la Figure 5 est une vue de côté, partiellement fragmentée montrant une galette double constituant l'enrou-liment primaire ou secondaire;
la Figure 6 est une vue selon la ligne VI-VI
de la Figure 5 montrant une galette double formée de deux galettes simples;
la Figure 7 est une vue en section montrant une conduite d'échange de chaleur disposée dans 1 t enroulement secondaire, cette figure est localisée hors séquence; et la Figure 8 est une vue de coté illustrant plusieurs galettes doubles connectées et constituant 1 t enroulement primaire ou secondaire.
En se référant maintenant aux dessins, et plus précisément a figures 1 et 2, on montre généralement en 10 le transformateur de distribution selon la présente invention.
là
Le transformateur comprend un circuit magnétique formé d'au moins un, deux dans le cas présent, toues creux 11 et 11l faits d'un ruban en acier ferrornagnétique enroulé pour former des circuits magnétiques. Dans certains cas les toues 11 et 11~ peuvent être sectionnés et alors chaque paire de toues 11"
est disposée sur un plateau de support 17 qui reposent sur plusieurs tiges de distance 28. Un circuit électrique est formé d'un enroulement primaire et d'un enroulement secondaire 13 et 14, chacun étant constitué de plusieurs spires 13 t et 14', de conducteur isolé, chaque enroulement traversant à
l'intérieur du creux 9 des toues 11 et 11'.
Les enroulements primaire et secondaire 13 et 14 sont formés d'un conducteur plat isolé du point de vue électrique, de section sensiblement rectangulaire, tel qu'illustré en 15 de la Figure 7, et possédant un revêtement 16 à propriété isolante du point de vue électrique. Des moyens d'isolation sèche sous forme de feuillet isolant 26, du point de vue électrique, isolent l'enroule~ent primaire de l'enroulement secondaire et éventuellement l'unité de refroidissement 30. Les conducteurs formant les enroulements ont de plus une section et une configuration prédéterminée dépendant de la puissance que le transformateur est appelé
à développer Les extrémités de ces enroulements sont - appelées à pouvoir être reliées à des bornes. Tout le système d'enroulements primaire et secondaire est imprégné d'un matériel isolant 19 notamment une résine oxyde un élastomère ou autres matériaux isolants qui forment aussi les traversées 18. Le matériel pénètre jusque dans les interstices de l'espace du creux 9 du circuit magnétique.
Tel qu'illustré en Figure 1, les toues creux 11 et 11' sont _ g _ ~Z1~69 disposés côte-à-côte, les côtés opposés des enroulements primaire et secondaire en forme de boucles et situés à
l'intérieur d'un cadre de résine rigide moulé prenant respect vivement place lin trieur du ou des toues du circuit magnétique.
Le ruban 12' constituant le circuit magnétique 12 peut être fabriqué en acier au silicium cristaux orientés ou en acier amorphe comme par exemple le MEUGLAS 2605 S-2.
Tel qu'illustré dans la section la Figure 2, des moyens de refroidissement sous forme de conduite d'échange de chaleur 20,20' et 30 peuvent être disposés dans les enroulements primaire et secondaire, l'intérieur des toues 11 et 11', de façon à extraire la chaleur engendrée par les enroulements.
Par exemple, des conduites d'échange de chaleur 20 peuvent être disposées à lin trieur des boucles de conducteur de ltenroulement secondaire voir Figure 1). La circulation de fluide travers les conduites extrait la chaleur des enroulements primaire et secondaire. Tel qu'illustré dans la Figure 7, la conduite d'échange de chaleur y peut aussi être une conduite conductrice d'électricité et faire partie inné-gérante du conducteur roulé de l'enroulement secondaire. Une telle conduite posséderait de plus un revêtement 21 isolant du point de vue électrique. Le fluide 22 qui circule dans la conduite est constitué de tout fluide de refroidissement convenable.
En se référant maintenant aux Figures 5 et 6, on montre la construction d'une galette double qui représente un sous-ensemble de l'enroulement primaire ou secondaire 13 ou 14. Bien que ce soit là une construction préférée de galettes doubles, l'invention n'est pas limitée a cet aspect.
IL
Tel qu70n le montre chaque galette double 23 est constituée de deux galettes simples 23' et 23" dont le conducteur plat ordinaire 16 est roulé en spirale. Chaque galette simple 23' et 23" étant roulée en direction opposée possède une jonction de croisement 24 à l'intérieur des spirales et deux bornes de sortie 25 l'extérieur des spirales formant chaque galette simple, tel qu'illustré en vue fragmentée sur la Figure 5. Un feuillet plat 26 en forme de cadre isolant du point de vue électrique est disposé sur les côtés de chacune des galettes simples de lagon à les isoler l'une de l'autre et pour isoler aussi entre elles les galettes doubles voisines ou bien pour isoler les galettes doubles des unités de refroi-pissement 30 au cas où ces unités ne sont pas faites en matière isolante au point de vue électrique.
Stil est nécessaire d'avoir un enroulement primaire ou secondaire constitué de plusieurs galettes doubles 23, il suffit simplement de relier les bornes de sortie 25 d'enroule-monts adjacents, tels qu'illustrés dans la Figure 8, cette confection étant identifiée par le chiffre de référence 27.
De plus, tel qutillustré dans la Figure 8, et en coupe dans la Figure 2, les galettes enroulés en spirale peuvent être de forme différente ce qui permet par exemple, d'obtenir un enroulement de forme pyramidale de façon à occuper autant d'espace que possible dans l'intérieur 9 des circuits magnéto-que 11 et 11~. De plus, chaque toue d'un groupe de deux toues enroulés en spirale peut être de dimension différente, tel qu'illustré dans les Figures 3 et 4. Cela permet de fabriquer des transformateurs plus compacts.
En se référant maintenant à la Figure 3, on montre une différente forme de transformateur où le circuit magnétique est constitué en superposant des couches de ruban en acier 12, dont la largeur diminue à mesure que l'on se rapproche de la périphérie externe du circuit magnétique ce qui porte au maximum l'espace occupée à l'intérieur des enroulements 13 ou 14 qui forment le circuit électrique.
Nous allons maintenant décrire la méthode de fabrication du transformateur de distribution selon la présente invention. De façon générale, la méthode comprend la formation d'enroulements primaire et secondaire 13 et 14 en roulant un conducteur isolé du point de vue électrique et en juxtaposant les enroulements primaire et secondaire avec une isolation électrique approprié entre les deux. Une ou plusieurs plaques de refroidissement en forme de galette sont juxtaposées aux galettes formant les enroulements primaire et secondaire. Ces enroulements et plaques de refroidissement juxtaposés sont ensuite moulés dans un matériel isolant solide, comme par exemple de la résine silicone et un ruban en acier ferromagnétique est enroulé formant un toue autour dSau moins une jambe du cadre moulé contenant les enroulements primaire et secondaire et le système de refroidissement juxtaposés, le ou les toues formant ainsi le circuit magnétique.
Si le ruban en acier ferromagnétique est un ruban en acier amorphe, après avoir enroulé le circuit magnétique autour du cadre moulé contenant les enroulements primaire et secondaire, ce dernier est ensuite traité à la chaleur dans un four et soumis à un traitement magnétique afin d'améliorer les propriétés magnétique de 1 t acier amorphe et obtenir ainsi une valeur minimale des pertes par hystérésis et par courants de Foucault. Si le ruban en acier ferromagnétique est fabriqué d'acier au silicium à cristaux orientés, le ruban Y
est recuit avant être enroulé sur le cadre moulé contenant les enroulements primaire et secondaire et le système de refroidissement.
Le traitement thermique du circuit magnétique en acier au silicium à cristaux orientés comprend plusieurs étapes. Au début, on procède à l'enroulement du ruban d'acier sur un support à noyau dont la section est sensiblement égale à la section extérieure du cadre formé par les enroulements moulés. Le ruban en acier enroulé sur le support est ensuite soumis à un traitement à la chaleur afin d'améliorer les propriétés magnétiques de l'acier. Après refroidissement, le ruban est déroulé et enroulé de nouveau sur un autre support de même nature. Après un nouveau déroulement, le ruban est transi féru sur une partie choisie du cadre moulé contenant les enroulements primaire et secondaire de façon à éliminer les contraintes mécaniques qui produiraient une dégradation des propriétés ferromagnétiques du circuit magnétique, et augmen-tenait les pertes par hystérésis et par courants de Foucault.
L'enroulement du bobinage primaire et secondaire est suffisamment décrit ci-dessus en se référant a la Figure 5 et n'a pas à être répété Il en est de même de la façon de placer les conduites d'échange de chaleur à l'intérieur des enroulements du circuit électrique ou dans les interstices à l'intérieur du cadre du moule avant le moulage.
Il est entendu que la présente invention entend protéger toute modification évidente des exemples de réalisa-lion préférée décrits ci-dessus à la condition bien entendu que ces modifications soient prévues par les revendications annexées.
Des moyens de refroidissement sont disposés a l'intérieur dédit cadre rigide dans lequel circule un fluide de refroi-pissement. Un circuit magnétique est enroulé autour de l'une ou de plusieurs parties dédit cadre rigide et est constitué
par un ou plusieurs corps formés par des couches superposées d'un ruban plat de matériau à cristaux orientés et de haute perméabilité magnétique relative. Ledit ruban ayant subi un traitement thermique et magnétique et d'un procède d'enroule-ment et de déroulement afin de diminuer les pertes dans ledit circuit magnétique causé par hystérésis et par courants Foucault. Des moyens de supports sont associés avec chacun ou plusieurs des toues afin de les supporter sur le rebord en-roulé avec leur axe disposé verticalement afin d'éliminer subi stantiellement les forces mécaniques pouvant endommager ledit ruban métallique ce qui augmenterait lesdites pertes.
Pu - 7 -~29L~ 3 Une réalisatiorl préférée de la présente invention sera maintenant décrite en référence à des exemples illustrés dans les dessins annexés, dans lesquels:
La Figure est une vue de côté du nouveau transfère-mateur de distribution selon la présente invention, certaines parties du dessin étant fragmentées pour illustrer la cons-traction du transformateur, la Figure 2 est une section prise à travers le circuit électrique et le circuit magnétique cette figure est localisée hors séquence la Figure 3 est une représentation schématique d t une autre forme de construction du transformateur de dis-tribut ion selon la présente invention la Figure 4 est une représentation schématique illustrant une autre forme de construction du transformateur de distribution selon la présente invention, la Figure 5 est une vue de côté, partiellement fragmentée montrant une galette double constituant l'enrou-liment primaire ou secondaire;
la Figure 6 est une vue selon la ligne VI-VI
de la Figure 5 montrant une galette double formée de deux galettes simples;
la Figure 7 est une vue en section montrant une conduite d'échange de chaleur disposée dans 1 t enroulement secondaire, cette figure est localisée hors séquence; et la Figure 8 est une vue de coté illustrant plusieurs galettes doubles connectées et constituant 1 t enroulement primaire ou secondaire.
En se référant maintenant aux dessins, et plus précisément a figures 1 et 2, on montre généralement en 10 le transformateur de distribution selon la présente invention.
là
Le transformateur comprend un circuit magnétique formé d'au moins un, deux dans le cas présent, toues creux 11 et 11l faits d'un ruban en acier ferrornagnétique enroulé pour former des circuits magnétiques. Dans certains cas les toues 11 et 11~ peuvent être sectionnés et alors chaque paire de toues 11"
est disposée sur un plateau de support 17 qui reposent sur plusieurs tiges de distance 28. Un circuit électrique est formé d'un enroulement primaire et d'un enroulement secondaire 13 et 14, chacun étant constitué de plusieurs spires 13 t et 14', de conducteur isolé, chaque enroulement traversant à
l'intérieur du creux 9 des toues 11 et 11'.
Les enroulements primaire et secondaire 13 et 14 sont formés d'un conducteur plat isolé du point de vue électrique, de section sensiblement rectangulaire, tel qu'illustré en 15 de la Figure 7, et possédant un revêtement 16 à propriété isolante du point de vue électrique. Des moyens d'isolation sèche sous forme de feuillet isolant 26, du point de vue électrique, isolent l'enroule~ent primaire de l'enroulement secondaire et éventuellement l'unité de refroidissement 30. Les conducteurs formant les enroulements ont de plus une section et une configuration prédéterminée dépendant de la puissance que le transformateur est appelé
à développer Les extrémités de ces enroulements sont - appelées à pouvoir être reliées à des bornes. Tout le système d'enroulements primaire et secondaire est imprégné d'un matériel isolant 19 notamment une résine oxyde un élastomère ou autres matériaux isolants qui forment aussi les traversées 18. Le matériel pénètre jusque dans les interstices de l'espace du creux 9 du circuit magnétique.
Tel qu'illustré en Figure 1, les toues creux 11 et 11' sont _ g _ ~Z1~69 disposés côte-à-côte, les côtés opposés des enroulements primaire et secondaire en forme de boucles et situés à
l'intérieur d'un cadre de résine rigide moulé prenant respect vivement place lin trieur du ou des toues du circuit magnétique.
Le ruban 12' constituant le circuit magnétique 12 peut être fabriqué en acier au silicium cristaux orientés ou en acier amorphe comme par exemple le MEUGLAS 2605 S-2.
Tel qu'illustré dans la section la Figure 2, des moyens de refroidissement sous forme de conduite d'échange de chaleur 20,20' et 30 peuvent être disposés dans les enroulements primaire et secondaire, l'intérieur des toues 11 et 11', de façon à extraire la chaleur engendrée par les enroulements.
Par exemple, des conduites d'échange de chaleur 20 peuvent être disposées à lin trieur des boucles de conducteur de ltenroulement secondaire voir Figure 1). La circulation de fluide travers les conduites extrait la chaleur des enroulements primaire et secondaire. Tel qu'illustré dans la Figure 7, la conduite d'échange de chaleur y peut aussi être une conduite conductrice d'électricité et faire partie inné-gérante du conducteur roulé de l'enroulement secondaire. Une telle conduite posséderait de plus un revêtement 21 isolant du point de vue électrique. Le fluide 22 qui circule dans la conduite est constitué de tout fluide de refroidissement convenable.
En se référant maintenant aux Figures 5 et 6, on montre la construction d'une galette double qui représente un sous-ensemble de l'enroulement primaire ou secondaire 13 ou 14. Bien que ce soit là une construction préférée de galettes doubles, l'invention n'est pas limitée a cet aspect.
IL
Tel qu70n le montre chaque galette double 23 est constituée de deux galettes simples 23' et 23" dont le conducteur plat ordinaire 16 est roulé en spirale. Chaque galette simple 23' et 23" étant roulée en direction opposée possède une jonction de croisement 24 à l'intérieur des spirales et deux bornes de sortie 25 l'extérieur des spirales formant chaque galette simple, tel qu'illustré en vue fragmentée sur la Figure 5. Un feuillet plat 26 en forme de cadre isolant du point de vue électrique est disposé sur les côtés de chacune des galettes simples de lagon à les isoler l'une de l'autre et pour isoler aussi entre elles les galettes doubles voisines ou bien pour isoler les galettes doubles des unités de refroi-pissement 30 au cas où ces unités ne sont pas faites en matière isolante au point de vue électrique.
Stil est nécessaire d'avoir un enroulement primaire ou secondaire constitué de plusieurs galettes doubles 23, il suffit simplement de relier les bornes de sortie 25 d'enroule-monts adjacents, tels qu'illustrés dans la Figure 8, cette confection étant identifiée par le chiffre de référence 27.
De plus, tel qutillustré dans la Figure 8, et en coupe dans la Figure 2, les galettes enroulés en spirale peuvent être de forme différente ce qui permet par exemple, d'obtenir un enroulement de forme pyramidale de façon à occuper autant d'espace que possible dans l'intérieur 9 des circuits magnéto-que 11 et 11~. De plus, chaque toue d'un groupe de deux toues enroulés en spirale peut être de dimension différente, tel qu'illustré dans les Figures 3 et 4. Cela permet de fabriquer des transformateurs plus compacts.
En se référant maintenant à la Figure 3, on montre une différente forme de transformateur où le circuit magnétique est constitué en superposant des couches de ruban en acier 12, dont la largeur diminue à mesure que l'on se rapproche de la périphérie externe du circuit magnétique ce qui porte au maximum l'espace occupée à l'intérieur des enroulements 13 ou 14 qui forment le circuit électrique.
Nous allons maintenant décrire la méthode de fabrication du transformateur de distribution selon la présente invention. De façon générale, la méthode comprend la formation d'enroulements primaire et secondaire 13 et 14 en roulant un conducteur isolé du point de vue électrique et en juxtaposant les enroulements primaire et secondaire avec une isolation électrique approprié entre les deux. Une ou plusieurs plaques de refroidissement en forme de galette sont juxtaposées aux galettes formant les enroulements primaire et secondaire. Ces enroulements et plaques de refroidissement juxtaposés sont ensuite moulés dans un matériel isolant solide, comme par exemple de la résine silicone et un ruban en acier ferromagnétique est enroulé formant un toue autour dSau moins une jambe du cadre moulé contenant les enroulements primaire et secondaire et le système de refroidissement juxtaposés, le ou les toues formant ainsi le circuit magnétique.
Si le ruban en acier ferromagnétique est un ruban en acier amorphe, après avoir enroulé le circuit magnétique autour du cadre moulé contenant les enroulements primaire et secondaire, ce dernier est ensuite traité à la chaleur dans un four et soumis à un traitement magnétique afin d'améliorer les propriétés magnétique de 1 t acier amorphe et obtenir ainsi une valeur minimale des pertes par hystérésis et par courants de Foucault. Si le ruban en acier ferromagnétique est fabriqué d'acier au silicium à cristaux orientés, le ruban Y
est recuit avant être enroulé sur le cadre moulé contenant les enroulements primaire et secondaire et le système de refroidissement.
Le traitement thermique du circuit magnétique en acier au silicium à cristaux orientés comprend plusieurs étapes. Au début, on procède à l'enroulement du ruban d'acier sur un support à noyau dont la section est sensiblement égale à la section extérieure du cadre formé par les enroulements moulés. Le ruban en acier enroulé sur le support est ensuite soumis à un traitement à la chaleur afin d'améliorer les propriétés magnétiques de l'acier. Après refroidissement, le ruban est déroulé et enroulé de nouveau sur un autre support de même nature. Après un nouveau déroulement, le ruban est transi féru sur une partie choisie du cadre moulé contenant les enroulements primaire et secondaire de façon à éliminer les contraintes mécaniques qui produiraient une dégradation des propriétés ferromagnétiques du circuit magnétique, et augmen-tenait les pertes par hystérésis et par courants de Foucault.
L'enroulement du bobinage primaire et secondaire est suffisamment décrit ci-dessus en se référant a la Figure 5 et n'a pas à être répété Il en est de même de la façon de placer les conduites d'échange de chaleur à l'intérieur des enroulements du circuit électrique ou dans les interstices à l'intérieur du cadre du moule avant le moulage.
Il est entendu que la présente invention entend protéger toute modification évidente des exemples de réalisa-lion préférée décrits ci-dessus à la condition bien entendu que ces modifications soient prévues par les revendications annexées.
Claims (21)
sont définies comme il suit:
1. Un transformateur de distribution caractérisé par le fait qu'il comprend un circuit électrique formé par les enroulements primaire et secondaire isolés du point de vue électrique et constitués d'au moins deux sous-ensembles isolé
entre eux et juxtaposés et retenus ensemble de façon à donner au bobinage électrique l'aspect d'un cadre rigide, de moyens de refroidissement déposés à l'intérieur dudit cadre rigide dans lequel circule un fluide de refroidissement, un circuit magnétique enroulé autour de l'une ou de plusieurs parties dudit cadre rigide et qui est constitué par un ou plusieurs tores formés par des couches superposées d'un ruban plat de matériau à cristaux orientés et de haute perméabilité magné-tique relative, ledit ruban ayant subi un traitement thermique et magnétique et d'un procédé d'enroulement et de déroulement afin de diminuer les pertes dans ledit circuit magnétique causé par hystérésis et par courants Foucault, et des moyens de support associés avec chacun desdits un ou plusieurs tores afin de les supporter sur leurs rebords enroulés avec leurs axes disposés verticalement afin d'éliminer substantiellement les forces mécaniques pouvant endommager ledit ruban métallique ce qui augmenterait lesdites pertes.
entre eux et juxtaposés et retenus ensemble de façon à donner au bobinage électrique l'aspect d'un cadre rigide, de moyens de refroidissement déposés à l'intérieur dudit cadre rigide dans lequel circule un fluide de refroidissement, un circuit magnétique enroulé autour de l'une ou de plusieurs parties dudit cadre rigide et qui est constitué par un ou plusieurs tores formés par des couches superposées d'un ruban plat de matériau à cristaux orientés et de haute perméabilité magné-tique relative, ledit ruban ayant subi un traitement thermique et magnétique et d'un procédé d'enroulement et de déroulement afin de diminuer les pertes dans ledit circuit magnétique causé par hystérésis et par courants Foucault, et des moyens de support associés avec chacun desdits un ou plusieurs tores afin de les supporter sur leurs rebords enroulés avec leurs axes disposés verticalement afin d'éliminer substantiellement les forces mécaniques pouvant endommager ledit ruban métallique ce qui augmenterait lesdites pertes.
2. Un transformateur de distribution selon la reven-dication 1, caractérisé par le fait que les enroulements primaire et secondaire sont constitués de deux ou de plusieurs sous-ensembles en forme de galettes doubles.
3. Un transformateur de distribution selon la reven-cation 2, caractérisé par le fait que lesdites galettes doubles sont moulées ensemble par un matériau isolant formant ledit cadre rigide.
4. Un transformateur de distribution selon la revendi-cation 3, caractérisé par le fait que lesdits moyens de re-froidissement sont constitués par des tubes disposés à tra-vers lesdites galettes de moulage et dans lesquels circule le-dit fluide de refroidissement, ledit circuit magnétique étant lui aussi refroidi par le fluide qui circule dans les tubes.
5. Un transformateur de distribution selon la revendi-cation 1, caractérisé par le fait que deux desdits tores creux sont placés côte-à-côte, des côtés opposés des enroule-ments en forme de boucle contenus dans un cadre moulé en matière isolante, comme par exemple de la résine silicone prenant respectivement place dans chacun des espaces creux desdits tores.
6. Un transformateur de distribution selon la reven-dication 1, caractérisé par le fait que quatre tores sont prévus, lesdits enroulements du circuit électrique contenus à l'intérieur du cadre moulé en matière isolante et ayant une configuration sensiblement rectangulaire, lesdits tores étant disposés autour des paires de côtés opposés dudit cadre moulé
contenant lesdits enroulements primaire et secondaire sensi-blement rectangulaires et traversant respectivement l'espace annulaire creux de chacun desdits tores.
contenant lesdits enroulements primaire et secondaire sensi-blement rectangulaires et traversant respectivement l'espace annulaire creux de chacun desdits tores.
7. Transformateur de distribution selon la revendi-cation 6, caractérisé par le fait que la largeur des couches superposées diminuant en allant vers la périphérie externe dudit tore, de façon à maximiser l'espace occupé à l'intérieur desdits enroulements.
8. Transformateur de distribution selon la revendi-cation 1, caractérisé par le fait que le ruban métallique est fabriqué avec un acier au silicium.
9. Transformateur de distribution selon la revendi-cation 1, caractérisé par le fait que ledit ruban métallique est en acier amorphe.
10. Transformateur de distribution selon la revendi-cation 1, caractérisé par le fait que chacun des enroule-ments primaire et secondaire est constitué d'au moins un sous-ensemble formé d'une galette double réalisée par un conducteur isolé enroulé en spirale formant deux galettes simples chacu-ne roulée en direction opposée et possédant une jonction in-termédiaire de croisement qui se trouve du côté intérieur des spirales et deux bornes de sortie du conducteur sur les côtés externes de chacune des deux spirales, toutes les galettes étant isolées entre-elles au moyen d'isolation plane en forme de cadre ayant la même géométrie que les galettes elles-mêmes, chaque galette double étant réalisée par un conducteur ininterrompu.
11. Transformateur de distribution selon la revendi-cation 1, caractérisé par le fait que des moyens de refroi-dissement sont aussi disposés à l'intérieur du cadre moulé
contenant les enroulements primaire et secondaire et juxtapo-sés à ces enroulements afin d'évacuer la chaleur dégagée dans lesdits enroulements.
contenant les enroulements primaire et secondaire et juxtapo-sés à ces enroulements afin d'évacuer la chaleur dégagée dans lesdits enroulements.
12. Transformateur de distribution selon la revendi-cation 11, caractérisé par le fait que lesdits moyens de re-froidissement sont constitués par des conduites d'échange de chaleur et dans lesquelles circulent un fluide destiné à ex-traire la chaleur de l'enroulement secondaire et de l'enrou-lement primaire qui sont moulés ensemble ainsi que du circuit magnétique qui est enroulé sur la matière de moulage.
13. Transformateur de distribution selon la revendi-cation 12, caractérisé par le fait que les conduites d'échan-ge de chaleur sont des conducteurs creux attachés de façon in-tégrale audit enroulement secondaire.
14. Transformateur de distribution selon la revendi-cation 12, caractérisé par le fait que les conduits d'échange de chaleur sont en forme de galette ayant la même géométrie que les galettes formant les enroulements primaire ou secon-daire, ces galettes réalisant une unité de refroidissement juxtaposée aux enroulements primaire et/ou secondaire qui se trouvent refroidis de façon à éviter toute surchauffe locale.
15. Transformateur de distribution selon la revendi-cation 1, caractérisé par le fait que les isolations des conducteurs des enroulements primaire et secondaire ainsi que toutes les autres isolations du bobinage étant moulées dans une matière isolante solide ne sont pas assujetties à l'usure due aux vibrations provoquées par les forces électro-magnétiques agissant sur les conducteurs électriques de tout transformateur.
16. Transformateur de distribution selon la revendi-cation 1, caractérisé par le fait qu'il ne comporte pas de traversées huile-air, les extrémités des enroulements étant assemblées aux connecteurs de ligne moulés dans le bloc formé
par les enroulements primaire et secondaire et la matière isolante de moulage.
par les enroulements primaire et secondaire et la matière isolante de moulage.
17. Transformateur de distribution selon la revendi-cation 1, caractérisé par le fait que ledit cadre de support est moulé dans un matériel de moulage et que les sous-ensembles ainsi que les matériaux de moulage sont isolés par un maté-riel d'isolation électrique ayant une caractéristique de classe thermique, d'environ 220°C.
18. Transformateur de distribution selon la revendi-cation 17, caractérisé par le fait qu'il est quasi ininflam-mable.
19. Transformateur de distribution selon la revendi-cation 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un circuit magnétique construit en forme d'au moins un tore creux d'un ruban enroulé autour d'une ou de plusieurs parties à section circulaire ou non circulaire du cadre forme par les enroule-ments électriques, les tubes de refroidissement et la matière de moulage.
20. Transformateur de distribution selon la revendi-cation 19, caractérisé par le fait que le circuit magnétique enroulé en spirale permet l'utilisation quasi complète de l'anisotropie des tôles à cristaux orientés, la direction de laminage de ces tôles correspondant à la direction du flux magnétique dans chacun des tores.
21. Transformateur de distribution selon la revendi-cation 19, caractérisé par le fait que ledit moyen de sup-port est un ou plusieurs plateaux qui supportent seulement la masse d'un tore associé avec le plateau; les axes de ces tores étant verticaux, tout élément de serrage et/ou de fixa-tion devient inutile, ce qui a pour effet l'élimination des pertes magnétiques et électriques dues aux contraintes qui apparaissent et persistent sous l'effet des forces méca-niques développées par les éléments de serrage et de fixation.
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