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" Transformateur monophasé en montage auto-transformateur
L'échange d'énergie entre réseaux interconnectés de lignes à grande distance de haute tension est, comme on le sait, assuré au moyen de transformateurs spéciaux, de grande puissance le plus souvent. Or, et vu leur puissance élevée, d'une part, et les exigences élevées en ce qui concerne l'isolement auxquelles doivent satisfaire les enroulements en question par suite de l'action exer- cée sur eux par les deux réseaux de haute tension, de tels trans- formateurs de couplage sont très coûteux; de plus, et en raison de leurs pertes élevées, ces transformateurs'contribuent à abaisser dans une mesure importante le rendement du système de transport d'énergie. On a donc cherché des moyens d'améliorer ces transfor" mateurs.
Le moyen qui s'impose en premier lieu à l'esprit consiste à établir les transformateurs en montage économique, l'économie étant dans ce cas d'autant plus importante que le rapport de trans- formation se rapproche de l'unité. Toutefois, et comme on le sait, la réactance de tels transformateurs économiques diminue d'autant plus fortement que le rapport de transformation se rapproche de la dite limite, tandis que leur solidité mécanique vis-à-vis des courts- circuits devient de plus en plus problématique. Le problème à résoudre consiste donc à établir des auto-transformateurs avec une réactance suffisante. On a déjà proposé de fournir la réactance manquante par la prévision de bobines de réaction supplémentaires.
Toutefois, et pour la raison qu'elles doivent intervenir précisé- ment en cas de court-circuit, de telles bobines sont démesurément
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grandes et, de plus, coûteuses en raison de leur isolement important. On a en outre déjà proposé d'élever la réactance de tels transformateurs économiques en effectuant la transformation de la tension, non pas directement aux enroulements intéressés, mais par l'intermédiaire d'enroulements particuliers de réglage, de tension moins élevée. Toutefois ce procédé est très coûteux en raison de la double transformation de tensions élevées et, de plus, il abaisse le rendement du transformateur de couplage dans une mesure très considérable.
On a également proposé d'effectuer la transformation, non pas directement au point qui correspond à la tension considérée de l'enroulement auto-transformateur, mais de déplacer le point de transformation le long de cet enroulement d'une distance telle que l'enroulement particulier supplémentaire, rendu nécessaire de ce fait, fournisse la réactance manquante.
On s'aperçoit cependant tout de suite que le point de prise doit être d'autant plus éloigné de son emplacement initial, que le rapport de transformation de l'auto-transformateur se rapproche de l'unité et, finalement, on a, ici également, adopté l'expédient des enroulements de réglage en vue d'atteindre l'élévation voulue de la réactance.
Comme on le voit, le problème qui consiste à exécuter des transformateurs de couplage suivant le système de l'auto-transfor- mation pure et, de plus, à leur donner une réactance qui serait du même ordre de grandeur que celle d'un transformateur correspon- dant à deux enroulements distincts, n'a pu être résolu avec les moyens connus jusqu'à ce jour.
On aurait bien pu établir des systèmes d'enroulements qui auraient produit des flux de disper- sion d'une puissance suffisante, flux qui se seraient accrus jusqu'à atteindre un multiple de ce qui, habituellement, est encore supportable; cependant il n'existait aucune possibilité de fermer le circuit de tels flux d'une manière bien ordonnée et d'éviter un courant de Foucault extrêmement préjudiciable dans les culasses, les supports massifs d'enroulements et les tôles de caissons, qui se trouveraient sur le trajet de tels flux.
La présente invention a pour objet un transformateur monophasé en montage auto-transformateur, particulièrement pour l'inter- connexion de réseaux de lignes haute tension à grande distance, ce transformateur comportant un rapport de transformation voulu quelconque et qui peut se rapprocher de l'unité, et étant muni d'un enroulement tertiaire spécial, la disposition suivant l'inven- tion consistant en ce que l'enroulement qui est disposé en montage auto-transformateur sur un noyau magnétique cylindrique, feuilleté radialement ou suivant une développante, présente, dans le sens transversal par rapport au flux de dispersion engendré, une largeur telle,
qu'on obtient une tension de réactance de l'ordre de grandeur @
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qui se présente habituellement dans les transformateurs à enrou- lamenta distincts, cette disposition consistant en outre en ce que tout le corps d'enroulement est entouré par des paquets à retour de flux en forme de U, disposés à la manière d'une cage autour du noyau, de telle manière que le flux de dispersion engen- dré est pratiquement recueilli par les faces étroites des tôles de la carcasse magnétique.
Les dessins annexés représentent des modes de réalisation de l'objet de l'invention. Les Fig. 1 à 4 sont des vues en élévation et en plan, moitié en coupe* La Fig. 5 montre le schéma d'un bobinage à haute tension, tandis que les Fig. la et 3a représentent des champs de dispersion.
Dans ces dessins, ±\ désigne le noyau de la carcasse magnétique, feuilleté radialement ou suivant une développante, tandis que b désigne des éléments de retour de flux, groupés autour du noyau et constitués par des paquets de tôles en U. c désigne la partie de l'enroulement disposé en montage auto-transformateur, qui va jusqu'au point de prélèvement de la tension transformée, tandis que d1 et D2 représentent les autres parties de cet enroulement, à savoir, celles qui vont jusqu'au point neutre, mis à la terre, de cet enroulement. L'enroulement tertiaire est subdivisé en deux sections d'enroulement e1 et e2. Les enroulements c, d1, d2 et e1, e sont des bobinages en galettes ou en couches.
Le conduc- teur de départ de l'enroulement . est désigné par U, celui des enroulements ìl et d2, par u, tandis que les conducteurs de départ des enroulements e1 et e2 sont désignés par x1 et x2 Finalement f1 et f2 désignent les couches isolantes interposées entre le corps d'enroulement et la carcasse magnétique. La mise à la terre est désignéepar o.
Les transformateurs de couplage constitués par trois transfor- mateurs monophasés en montage auto-transformateur et dont le point neutre est mis à la terre, sont toujours pourvus d'un enroulement tertiaire disposé en triangle, afin de ne pas agir comme bobine de réaction lors d'un contact à la terre d'une phase. Dans le cas où cet enroulement tertiaire n'est pas appelé à remplir une autre tâche, sa tension de réactance peut être maintenue dans des limites admissibles par rapport aux deux enroulements principaux du trans- formateur, et cela sans faire usage de moyens particuliers.
Dans ce cas, le système de bobinage du transformateur est établi de façon que les enroulements primaire, secondaire et tertiaire pré- sentent la forme de galettes connue en soi, de telle manière que, partant du plan médian de la carcasse magnétique,-lequel joue le rôle d'un plan de symétrie et est pris en tant que lieu du potentiel d'enroulement le plus élevé,- et jusqu'au point neutre mis à la
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terre, la tension baisse d'une manière continue vers les deux extrémités. On réalise ainsi une disposition, pratiquement exempte d'isolation, des enroulements les uns par rapport aux autres et, par conséquent, une structure d'ensemble simple et économique au possible du corps d'enroulement.
On obtient en outre l'avantage que, pour empêcher la fomation de courants de Foucault dans le corps d'enroulement même, courants provoqués par les flux de dis- persion, on peut connecter en parallèle et sans transposition, un nombre voulu quelconque d'enroulements en galettes disposés concen- triquement les uns par rapport aux autres, étant donné que, pra- tiquement, chacun de ces enroulements est coupé par un morne flux partiel de dispersion. Les grandes forces axiales de court- circuit qui résultent de ce système de bobinage sont recueillies principalement par les éléments magnétiques b. de retour de flux, qui entourent l'ensemble du corps de bobinage à la manière d'une cage.
Le champ de dispersion des enroulements dans un montage auto-transformateur présente, en raison de la disposition sans iso- lement, la forme d'un triangle dont le sommet indique le lieu du flux de dispersion maximum (voir Fig. la). Comme le circuit de ce flux se ferme par l'extérieur, à travers les paquets de retour de flux, on prévoit latéralement à ceux-ci des tôles captatrices g, afin d'empêcher la pénétration du flux de dispersion dans les faces larges des tôles des éléments de retour de flux. Les tôles capta- trices g sont disposées sur des faces latérales en regard, des éléments qui constituent les paquets en U destinés à assurer le retour du flux, ces tôles étant situées entre les points où le flux de dispersion sortant, engendré par les enroulements disposés en auto-transformateur, atteint approximativement son maximum.
Lorsque, dans le but d'améliorer le facteur de puissance du transformateur de couplage, l'enroulement tertiaire est encore chargé d'un moteur synchrone, comme c'est souvent le cas, la puissance de cet enroulement, rapportée à la puissance propre de l'auto-transformateur, augmente d'autant plus que le rapport de transformation de ce dernier se rapproche de l'unité, et la tension de réactance entre le dit enroulement tertiaire et les enroulements de ce transformateur atteindrait des valeurs inadmissibles si l'on conservait la disposition suivant la Fig. 1.
Pour de tels cas, il est utile d'adopter la disposition d'enroulements concentriques suivant la Fig. 3, dans laquelle il existe au moins une double liaison entre le champ de dispersion de l'enroulement tertiaire et celui de l'enroulement auto-transformateur, le nombre de ces liai- sons augmentant dans la mesure où le rapport de transformation de l'enroulement auto-transformateur se rapproche de l'unité.
En outre, on réalise une construction de l'ensemble du corps de bobi- nage avec une dépense en isolant extrêmement réduite, si l'on
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répartit les enroulements c et d de l'auto-'transformateur en cylindres d'enroulements distincts que l'on glisse cencentreique- ment les uns sur les autres, ces cylindres étant connectés en série, comme montré dans la Fig. 5, de telle manière que la tension croît d'une façon pratiquement uniforme depuis l'extrémité inté- rieure mise à la terre jusqu'à l'extrémité extérieure pleinement isolée et que la tension qui apparaît entre deux cylindres ci'en- roulements ne corresponde qu'à la moitié de la différence des tensions engendrées dans ces cylindres.
Toutefois, une telle dis- position suppose une pleine distance ae contournement entre le commencement et la fin du bobinage auto-transformateur, ce qui, comme déjà mentionné plus haut, n'est possible que lorsque le corps de bobinage présente une grande largeur transversalement au sens au flux de dispersion engendré, et une longueur axiale réduite en conséquence. C'est ainsi seulement qu'il est devenu possible d'abaisser la tension des cylindres d'enroulements individuels à une valeur qui ne présente plus une valeur importante du point de vue de la technique de l'isolement.
Le flux de dispersion de ces enroulements se referme ici à travers les brides des paquets b de retour de flux en U ; lieu de sa plus grande densité est situé à peu près au milieu de ces enroulements Fig 3a) et, vu les grandes distances ménagées entre les enroulements et les dites brides des paquets de retour de flux b, distances qui correspon- dent aux tensions élevées, il suffit de prévoir un grand nombre de tels paquets, pour assurer également le contrôle complet des roues de la plus grande densité du flux de dispersion.
Cependant, un nombre moins élevé de paquets de retour de flux b peut suffire lorsqu'on dispose un nombre approprié de tôles captatrices g sur les faces en regard, de ces paquets, de sorte que le retour-du flux de dispersion doit s'effectuer forcément à travers les faces étroites des tôles, comme montré dans la Fig. 4.
Les transformateurs monophasés, dans lesquels tous les enrou- lements sont disposés concentriqueuient les uns par rapport aux autres sous une forme cylindrique, et dans lesquels les enroule- ments haute et basse tension du bobinage connecté en auto-transfor- mateur comportent un accouplement simple en ce qui concerne la dispersion magnétique, présentent, pour des puissances de trans- formation très élevées 80 MVA et plus - telles du' elles entrent en ligne de compte ces derniers temps pour le couplage de réseaux de lignes de plus hautes tensions à grande distance.
Si on laisse la tension de réactance à sa valeur normale, il y a augmentation inaomissible des pertes additionnelles dans
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les enroulements coupés par la totalité du champ de dispersion, et cela nonobstant une subdivision poussée des largeurs de fil.
Par contre, une réduction de la tension de réactance aurait pour effet de porter préjudice à la solidité mécanique- de l'enroulement extrême en vue des courts-circuits.
Conformément à l'invention, on peut réaliser une amélioration du transformateur monophasé par une disposition qui consiste en ce que les enroulements haute et basse tension du bobinage connecté en auto-transformateur comportent, au moins un double couplage en .ce qui concerne le flux de dispersion magnétique et présentent, dans le sens transversal du flux de dispersion, une largeur telle que la tension de réactance engendrée présente une grandeur suffisante pour la solidité mécanique des enroulements en vue des courts-circuits.
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a ns l'exemple représenté dans les FiÉs. 6, 6a et 7, a dési- gne le noyau, feuilleté radialement ou en développante, de la carcasse magnétique;
b - les éléments de retour de flux groupés autour du noyau et constitués par des paquets de tôles en U. c désigne l'enroulement haute tension, traversé par le courant
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du réseau, du bobinage connecté en .1uto...transfornlateur, et cela i,is-lu'au 4 point de prélèvement de la tension transformée; dl et d2 désigner-t des parties de l'enroulement basse tension à mise à terre I11ono}101aire.. es parties d'enroulement sont situées de part et d'autre de l'enroulement haute tension. L'enroulement tertiaire est désigné par e. Les enroulements c, dl ,d2 et e sont à
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galettes ou à couches. -Le conducteur de sortie de l'enrouleauent c et désigné par U, celui des enroulements dl, d2 - par , et ceux de l'enroulement g- par xl, x2.
Finalerrient, désigne les cou- ches isolantes prévues entre les enroulements et entre ceux-ci et la carcasse magnétique. La mise à la terre est désignée par 0.
Les brides des éléments en fer b, en forme de U, destinés à as- surer le retour du flux, sont pourvues de tôles captatrices g aux endroits d'inversion du sens du flux de dispersion.
De cette façon, on obtient que les pertes additionnelles dont ramenées à des valeurs admissibles, et cela même pour les grandes hauteurs de bobinages, et que l'enroulement extrême possède une solidité mécanique suffisante en vue des courts-circuits, même lorsque la tension de réactance est réduite. La possibilité '-'.'un retour favorable du flux de dispersion dans l'intérieur du
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cor;5 de bobinage a pour effet de les pertes additionnelles dans le fer. En outre, on réalise une sécurité suffisante pour l'enroule, .eut tertiaire situé à l'intérieur, quel que soit celui
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des deux enroulements couples qui devient le siège d'un court- circuit.
Dans ce cas, il est avantageux du point de vue de la technique de l'isolement que 1'enroulement qui est traversé par le courant d'auto-transformation et dont un pôle est mis à la terre, enroulement situé de part et d'autre de celui qui est par- couru par le courant du réseau, soit parcouru par une tension qui va en augmentant de l'intérieur vers l'exytérieur. ou point de vue de la solidité mécanique en vue des courts-circuits, et dela compensation des flux de dispersion intérieur et extérieur, il est p référable que la section extérieure de l'enroulement basse tension présente moins de spires que la section intérieure.
REVENDICATIONS.
1 - Transformateur monophasé en montage auto-transformateur, notamment pour le couplage de ré seaux dE ligneshaute tens ion à distance, ce transformateur comportant un rapport de transforma- tion voulu quelconque et pouvant se rapprocher de l'unité, et étant muni d'un enroulement tertiaire particulier, caractérisé en ce que 1'enroulement disposé en auto-transformateur sur un noyau cylindrique feuilleté radialement ou en développante présente, transversalement au sens du flux de dispersion une largeur telle qu'on obtient une tension de réactance de l'ordre de grandeur usuel dans les transformateurs à bobinages distincts, et en ce que l'ensemble du corps de bobinage est entouré par des paquets de retour de flux en U, disposés autour du noyau à la manière d'une cage,
de telle façon que le flux de dispersion engendré est pratiquement recueilli par les faces étroites des tôles de la carcasse magnétique.