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Perfectionnements aux transformateurs de courant.
Cette invention concerne les transformateurs de courant et particulièrement, mais non exelusivement, un transformateur utilisable dans des générateurs, de puissance, pour le chauffage par induction.
L'invention a notamment pour objets: un transformateur de courant ayant un secondaire dont le nombre de spires en service peut être change par une simple manipulation, dans le but de disposer de différents rapports de transformation; un transformateur de courant ayant un secondaire dont le nombre de spires en service peut être changé par une simple manipulation de barres de connexion et dçnf l'entière- té de la surfaee le long de laquelle circule le courant du secondaire est employée pour tous les rapports de transforma- tion ;
un transformateur de courant employant un oscillateur avec dispositif à décharge électronique dont le circuit accor- dé déterminant la fréquence comprend l'enroulement primaire d'un transformateur de courant ayant un enroulement secondai- re dont le nombre de spires en service peut être changé, con- venant lui-mène pour l'utilisation dans un système de chauf- fage par induction.
Une description plus détaillée de l'invention est donnée ci-après avec référence aux dessins annexés, dans les- . quels :
Fig. 1 représente un transformateur de courant confor- me à la présente invention possédant un secondaire à plusieurs spires;
Fig. 2 est une vue du transformateur de courant de la figure 1 montrant en pointillés l'enroulement primaire à l'in- térieur du secondaire.
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Fig. 3 montre le support à croisillon de l'enroule- ment primaire logé à l'intérieur du secondaire et disposé coaxialement par rapport à lui;
Fig. 4 représente les deux spires cylindriques sim- ples du secondaire du transformateur, raccordées électrique- ment en parallèle pour former en fait un secondaire à spire unique;
Fig. 5 représente les deux spires uniques cylindri- ques du secondaire du transformateur raccordées électrique- ment en série pour former un secondaire à deux spires; et
Fig. 6 représente un circuit oscillateur pour un système de chauffage à induction dans lequel le transformateur de courant suivant l'invention peut être utilisé.
Les figures 1 à 5 inclus, plus détaillées, dans les- quelles les mêmes organes sont désignés par les mêmes ckiffres de référence, montrent un transformateur de courant ayant une bobine primaire 10 faite de bandes de cuivre enroulées de champ autour d'un croisillon isolant 11. Cette bobine primaire est logée dans la bobine secondaire. La bobine secondaire consiste en un cylindre de cuivre 12 entourant l'enroulement primaire substantiellement sur toute sa longueur et convena- blement espacé de la bobine primaire.
Le cylindre de cuivre constituant le secondaire est divisé longitudinallement sur un côté le long de la ligne médiane 13 de façon à former une fente et également coupé complètement en deux suivant un plan 14 perpendiculaire à la fente longitudinale 13, constituant ainsi deux spires cylindriques simples 15 et 16 eoaxiales, séparées l'une de l'autre à leurs bords adjacents en 14. Il est préférable d'insérer un isolement approprié dans la fente formée par la séparation longitudinale 13, sur toute la lon- gueur du secondaire, excepté - sur une petite partie adjacen- te à la séparation transversale 14 cornue le montre la fig. 1.
La spire cylindrique 15 qui est fendue en 13 estpourvue de bornes 1 et 3, tandis que la spire cylindrique 16 qui est fendue le long de la même ligne 13 est pourvue de bornes 2 et 4.
Pour que le secondaire puisse fonctionner comme secon- daire à spire unique, les deux spires 15 et 16 sont connectées l'une à l'autre électriquement en parallèle par une paire de connexions électriques en forme de barres appelées "barres en
I", dont l'une sera raccordée aux bornes 1 et 2, tandis que l'autre sera raccordée aux bornes 3 et 4. Ceci est représenté shcématiqument sur la fig. 4, où les connexions en forme de barres sont désignées par le chiffre 20. Dans cette position le transformateur aura le plus haut rapport de transformation du primaire au secondaire. Pour que le secondaire puisse fonctionner comme secondaire à deux spires, afin d'obtenir un autre rapport de transformation, on raccorde les bornes
2 et 3 par une barre "I" unique de façon à relier les deux spires 15 et 16 en série.
Ceci est représenté sur les figures
1 et 5 oùun seul connecteur électrique 20, placé diagonale- ment entre les bornes 2 et 3 des cylindres 15 et 16 fendus longitudinalement, raccorde ces cylindres en série et forme en conséquence effectivement un secondaire à deux spires:
Il est clair, que,aussi bien quand le secondaire est utilisé effectivement comme secondaire à spire unique,., comme le montre la figure 4, que comme secondaire à deux spires,' comme le montrent les figures 1 et 5, l'entièreté des sufaces
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le long desquelles circule le courant des deux spires cylindri- ques 15 et 16 est utilisée.
La bobine primaire n'est pas représentée dans les figures 4 et 5 dans le but de ne pas se départir de la représen- tation simplifiée des connexions entre les spires du secondaire.
Comme mentionné précédemment, l'enroulement ou bobine primaire est placé coaxialement -dans l'intérieur creux du secondaire et s'étend sur les longueurs des cylindres de cuivre 15 et 16.
Cette bobine primaire est convenablement espacée du secondaire, par exemple d'une distance d'un huitième de pouce sur toute la longueur du transformateur.
La bobine d'induction constituée par un tube creux 17 formant une ou plusieurs spires qui est montré en pointillés dans la figure 1, est connectée aux bornes 5 et 6 respective- ment des cylindres 15 et 16. Cette bobine d'induction dérive sa puissance du secondaire du transformateur afin de chauffer ou d'élever la température d'un ou plusieurs objets métalli- ques placés à l'intérieur de la bobine d'induction et consti- tuant une charge.
Pour refroidir la bobine d'induction, un système de refroidissement par fluide ayant une entrée 18 et une sortie 19 est prévu. L'entrée et la sortie ont la forme de tubes creux en cuivre qui communiquent avec le tube constituant la bobine d'induction 17. Le fluide refroidisseur peut, selon qu'on le désire, être de l'eau ou tout autre liquide approprié.
Dans une forme d'exécution du transformateur conforme à l'invention, essayée avec succès en pratique dans un système de chauffage par induction dont les éléments essentiels à la compréhension de l'invention sont représentés dans la figure 6, la bobine primaire était constituée de quarante-deux tours de bande de cuivre enroulée sur champ autour d'un croisillon iso- lant. Cette bobine primaire était séparée du secondaire par un intervalle d'air d'un huitième de pouce. Le courant alternatif fourni par la bobine primaire avait une fréquence d'environ 400 kilocycles.
La consommation de puissance en courant continu par les anodes de l'oscillateur fournissant la puissance au transformateur était d'environ 3 kilowatts, tandis que le débit de puissance utile dans la charge métallique à chauffer par la bobiné d'induction était d'environ 11/2 kilowatts. Le diametre du secondaire était d'environ 5 3/4 pouces, tandis que la longueur de chacun des cylindres de cuivre 15 et 16 était d'environ 41/2 pouces. L'enroulement primaire était refroidi par l'air d'un ventilateur. L'isolement entre les bobines primaire et secondai- re était assuré par l'air. Il y avait environ 2200 volts r.m.s. aux bornes de l'enroulement primaire à la fréquence de 400 ki- locycles.
La figure 6 montre les détails essentiels du générateur d'oscillations d'un système de chauffage par induction, donné à titre d'exemple, dans lequel on peut employer un transformateur de courant conforme à l'invention. Le transformateur de courant conforme à l'invention comprend une bobine primaire 10 et deux spires secondaires 15 et 16. Le secondaire est figuré avec ses deux spires en série et correspond à la représentation de la figure 5. La bobine d'induction 17 connectée aux bornes 5 et 6 entoure la charge métallique à chauffer (non représentée).
Le générateur d'oscillations est un circuit de Colpitts et comprend deux tubes à vide Vl et V2 montés électriquement en parallèle. Les anodes des tubes à vide sont connectées par un
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condensateur 32 et une ligne faradisée 33 à l'une des bornes du circuit tank ou déterminateur de fréquence comprenant le bobine primaire 10 du transformateur ainsi qu'une paire de condensa- teurs 30 et 31 fixes connectés en série, tandis que les grilles sont connectées à l'autre extrémité du circuit tank par un condensateur 34 et une ligne faradisée 35. La partie encadrée de pointillés est le poste d'application qui se trouve quelque peu éloigné des tubes à vide Vl et V2, d'une distance de, par exemple, 25 pieds ou plus.
C'est pour cette raison que les lignes faradisées 33 et 35 sont utilisées comme connexions entre les tubes à vide et le poste d'application. Il est évident que, s'il y a lieu, le poste d'application peut être placé très près des tubes à vide, auquel cas les lignes faradisées 33 et 35 peuvent être omises ou repliées pour permettre de varier la distance entre le poste d'application et les tubes à vide.
Les anodes de ces tubes à vide sont connectées l'une à l'autre par une liaison directe 21 qui est alimentée à 3500 volts con- tinus comme potentiel de polarisation d'anode, par une bobine de self 22. Les grilles des deux tubes à vide sont connectées par l'intermédiaire d'anti-parasites 23, 23 dont chacun com- prend une combinaison inducteur-résistance.
Une résistance de polarisation de grille est prévue sous la forme d'une paire de lampes à incandescence à caracté- ristique de résistance variable qui fait que chacune des ré- sistances s'accroît rapidement lorsqu'il passe plus de courant par les lampes. Ces lampes se trouvent en série avec un relais 27 ainsi qu'une résistance variable 24.
Un relais 27 pour circuit auxiliaire à courant continu est prévu dans le circuit des grilles des tubes VI et V2. Dans certaines conditions de réglage, ou du fait de défectuosité de l'une ou l'autre partie de circuit, l'excitation de grille peut tomber sous la normale et être cause d'une dissipation anodique excessive dans les tubes VI et V2. Dans ces condi- tions, une détérioration rapide des tubes à vide peut se pro- duire et ils peuvent être grillés. Ceci est empêché par le fonctionnement du relais 27 qui ouvre les contacts 28 et sup- prime ainsi la tension d'excitation d'anode, commandée par les contacts 28.
Il doit être entendu que le générateur d'oscillations représenté dans la fig. 6 ne forme qu'une partie du système de chauffage à induction qui inclut des particularités addi- tionnelles telles que des circuits de mesurage, des tubes redresseurs pour la fourniture de la puissance nécessaire au système, un équipement de changement de puissance fournie, des filtres de ligne à radio-fréquence, une minuterie. qui arrête le fonctionnement de l'équipement ou le remet en marche après l'intervalle de temps désiré, des lampes pilotes, les divers interrupteurs "d'arrêt" et de "marche" usités d'habitude dans de tels systèmes et un ventilateur pour refroidir les élé- ments qui composent le poste d'application. Ces détails addi- tionnels n'ont pas été représentés parcequ'ils ne font pas en soi partie de la présente invention.
La raison pour laquelle le transformateur de courant suivant l'invention est spécialement applicable à un sys- tème de chauffage par induction sera mieux comprise à la lu- mière de ce qui suit. Certains métaux se chauffent mieux que d'autres et de ce fait nécessitent moins de courant de haute fréquence. En règle générale, les métaux ferreux se chauffent mieux et prennent au générateur d'oscillations plus de courant
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continu que les métaux ferreux. Pour illustrer ceci, on suppo- sera qu'une tôle d'acier est chauffée dans la bobine d'induction 17 ; on éomprendra que cette tôle d'acier prend au générateur d'oscillations le maximum de courant continu en lui imposant la charge maximum.
Pour permettre la concentration la plus élevée de chaleur lorsqu'on chauffe une telle tôle d'acier, il est désirable que le secondaire du transformateur TR soit agencé pour constituer effectivement un secondaire à spire unique, comme le montre la fig. 4. Mais si l'on chauffe une tôle de laiton équivalente, celle-ci prendra moins que le maximum de courant continu et n'imposera pas au génerateur la pleine charge pour un secondaire à spire unique. Le résultat net sera de réduire la chaleur dans la charge, ce qui est dû à une relation d'impédance mal appropriée de la charge au cir- cuit de plaque des tubes à radio-fréquence.
Pour remédier à ce fait, le secondaire doit être arrange de la manière montrée dans la figure 5 afin que l'on dispose d'un secondaire à deux spi- res, auquel cas le secondaire et la bobine d'induction .impose- ront la pleine charge au générateur. Le rapport de transformation du secondaire à deux spires est tel qu'il accroîtra maintenant l'appel de puissance du générateur.
Quoique le principe de l'invention ait été décrit en se référant particulièrement à un transformateur de courant auquel l'opérateur peut, au choix, faire comporter un secondai- re à une spire ou à deux spires par une simple manipulation, il doit être entendu que l'invention n'est pas limitée à l'emploi d'un secondaire à deux.spires car les mêmes principes sont applicables à dessecondaires de transformateurs de courant à trois ou quatre spires, simplement formés en disposant bout à bout des spires cylindriques simples supplémentaires de la même manière que celle représentée pour les cylindres 15 et 16. Na- turellement, là ou plus de deux cylindres semblables sont em- ployés dans le secondaire, il sera nécessaire d'employer des barres de connexion supplémentaires pour que tous les cylindres puissent être connectés en parallèle ou en série.
Les caractéristiques d'un transformateur de courant conforme à l'invention sont que:
Il est possible d'établir les raccordements pour le courant électrique et pour l'eau de refroidissement au même moment en une seule opération. Le rapport de transformation peut être changé pour permettre de mieux utiliser la puissance pour des charges qui requièrent des courants différents; ce changement peut se faire sans déplacer la charge à chauffer, et l'entièreté de la surface longée par le courant de tous les cylindres ou spires du secondaire est utilisée, que le secondaire opère en secondaire à une ou plusieurs spires.
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