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TRANSFORMATEUR;
L'invention concerne un transformateur.haute fréquence à circuit magnétique en matière ferromagnétique, tel qu'utilisé, par exemple, pour en- gendrer les courtes impulsions haute tension rectangulaires destinées à l'ali- mentation des magnétrons d'une installation radar.
Les transformateurs haute fréquence sont nécessaires pour la transmission d'impulsions électriques dont l'amplitude primaire est, par exem- ple, de 5 à 10 kV, la durée de 1 se la fréquence de répétition d'au moins 50 c/s et dont l'amplitude secondaire peut atteindre 500 kV.
Il est connu d'utiliser pour ces transformateurs H.F. un noyau magnétique lamellé, mais il est préférable d'utiliser une ferrite telle que décrite dans le brevet anglais n 8056/490 La présente invention concerne des transformateurs dont le noyau est constitué par de la ferrite.
Pour éviter une distorsion de l'onde sortante il est nécessaire de travailler dans la partie rectiligne de la courbe de magnétisation du noy- au. Comme on le sait, la courbe de magnétisation d'une matière ferromagné- tique affecte la forme d'un S dont le coude supérieur et le coude inférieur sont reliés par une partie pratiquement rectiligne au voisinage de l'origine.
Dans un transformateur parcouru par du courant sinusoïdal, on utilisera en général tant la partie positive que la partie négative de la courbe de magnétisation. Cependant, un transformateur parcouru par du cou- rant pulsatoire ne travaillera normalement que dans une partie de la courbe, car le courant pulsatoire n'a qu'un seul sens. Aussi a-t-on déjà proposé de prévoir dans le circuit magnétique un champ de magnétisation constant de sorte qu'en l'absence de courant d'entrée, le noyau magnétique soit prati- quement saturé dans un sens. Ce résultat peut s'obtenir à l'aide d'un en- roulement additionnel traversé par du courant continu., ou à l'aide d'un ai- mant permanento Le courant pulsatoire doit alors engendrer un champ magné-
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tique dont le sens est opposé à celui du champ magnétique constant.
Le brevet anglais n 18329/49 décrit entre autres un trans- formateur H.F. utilisé pour transmettre des impulsions électriques à l'aide d'un circuit magnétique en ferrite dans lequel un aimant permanent engendre un champ magnétique d'intensité constante tendant à saturer le circuit magné- tique et dans lequel le courant pulsatoire crée un champ opposé, tandis qu'entre le circuit magnétique et l'aimant permanent on dispose un conducteur électrique fermé pour éviter des pertes que provoqueraient les composantes H.F. du champ engendré dans la matière de l'aimant permanent.
La présente invention concerne un dispositif de ce genre.
Suivant l'invention, un transformateur H.F. pour impulsions élec- triques comporte un circuit magnétique en ferrite dans une partie active du- quel un aimant permanent engendre un champ magnétique constant, tandis que le courant pulsatoire engendre un champ de sens opposé, et dans un shunt mag- nétique duquel, le champ magnétique constant et le champ engendré par le cou- rant pulsatoire ont le même sens, les constantes magnétiques du shunt étant choisies de façon que la matière magnétique de ce shunt ne soit pas saturée par la résultante du champ constant et du champ engendré par le courant pul- satoire, tandis qu'on a prévu en outre un circuit fermé, en une matière bonne conductrice de l'électricité,
pour créer des courants tourbillonnaires ne pro- voquant pratiquement pas de pertes à proximité de la démarcation entre l'aimant permanent et le circuit magnétique.
Lorsque, dans un tel transformateur, on utilise un circuit mag- nétique fermé et qu'il est désirable d'en polariser une partie à l'aide d'un champ de magnétisation constant engendré par l'aimant permanent., deux pôles magnétiques étant engendrés dans le circuit, il en résulte que le champ magné- tique aura le sens désiré entre-les pôles dans l'une des parties du circuit magnétique et le sens opposé dans l'autre partie du circuit.
Ceci implique en outre que lorsque le courant pulsatoire peut engendrer un champ opposé, dans la partie du circuit magnétique qui sera appelée ici "par- tie active", ,de champ devra renforcer le champ magnétique agissant dans l'au- tre partie qui sera appelée "shunt magnétique". Il importe donc de réaliser le shunt magnétique de façon telle que le champ magnétique constant et le champ de magnétisation ne puissent ensemble saturer la matière dans cette partie du noyau magnétique et qu'ils engendrent ensemble, de préférence, une induc- tion inférieure à la valeur maximum, (correspondant à un point précédant le coude supérieur ou inférieur de la courve de magnétisation de la matière).
Dans une forme de réalisation déterminée de l'invention, la sec- tion du noyau du shunt magnétique est au moins trois fois plus grande que cel- le de la partie active du noyau et ce shunt comporte un entrefer qui lui com- munique approximativement une réluctance égale à celle de la partie active du noyau.
Il peut cependant être avantageux que la section transversale du shunt magnétique dépasse légèrement le minimum imposé de trois fois la section de la partie active, de sorte que l'induction n'acquière pas la valeur de régime maximum. C'est ainsi que la section du shunt peut être quatre fois plus grande que la section de la partie active du noyau et dans ce cas, on augmente la longueur des entrefers pour que la réluctance du shunt magnétique soit ap- proximativement égale à celle de la partie active. L'induction maximum dans le shunt magnétique est alors égale aux 3/4 de la valeur maximum désirée.
De préférence, le shunt magnétique affecte la forme d'un disque, sur l'une des faces duquel est appliqué l'aimant permanent et sur l'autre le noyau actif. Dans le shunt, le flux est dirigé radialement et la section de l'aimant est au moins égale au double de celle du noyau actif tandis que l'é- paisseur du disque dépasse légèrement le demi-diamètre du noyau. Dans cette forme de réalisation, l'entrefer se trouve hors de la limite de la surface po-
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laire de l'aimant et de préférence, à une distance radiale aussi grande que possible. Dans un tel dispositif, le flux est approximativement constant sur toute la longueur du noyau actif.
En outre, le flux de dispersion est négligeable et ne provoque pas de courants tourbillonnaires importants dans l'enroulement ou dans l'enveloppeo
De préférence, l'aimant comporte un noyau affectant la forme d'une cuvette renversée dont la partie dirigée vers le bas s'adapte exacte- ment sur le noyau, ce qui permet d'obtenir un bon contact magnétique entre l'aimant et le noyau actif.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée,, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, -bien entendu, partie de l'invention.
La fig. 1 est un schéma électrique équivalent du circuit mag- nétique conforme à l'invention, dans lequel la section transversale du champ magnétique est trois fois plus grande que celle de la partie active du noyau,, et dans lequel la réluctance de la partie active est égale à celle du shunt magnétique. La réluctance de la partie active du noyau en ferrite est re- présentée par une résistance 1 de grandeur R et la force magnétomotrice engendrée par le courant pulsatoire est représentée par une force électro- motrice de grandeur E engendrée par un générateur 2 qui est monté en série avec la résistance 1.
La force magnéto-motrice de l'aimant permanent est représentée par une force électro-motrice de grandeur E' engendrée par une batterie 3 qui; montée en série avec une résistance 4 et une bobine de self 5, shunte les éléments 1 et 2. La valeur R' de la résistance 4 représente la réluctance de la branche dans laquelle est inséré l'aimant permanent, et la bobine de self 5 représente le circuit fermé,, en matière conductrice, qui se trouve à ''proximité de la démarcation de l'aimant permanent et du circuit magnétique. Le shunt magnétique est schématiquement représenté en 6. Il comporte les trois montages en série des résistances 7 et 8, 9 et 10, 11 et 12.
Les résistances 8, 10 et 12 ont chacune une grandeur R, de sorte qu'en- semble elles représentent la réluctance du shunt magnétique dont la section transversale est trois fois plus grande que celle de la partie active du noy- au. Les résistances 7, 9 et 11 ont chacune une grandeur 2R et représentent ensemble l'entrefer dans le shunt.
Le champ d'intensité constante engendré par l'aimant permanent est représenté par un courant 0-qui traverse non seulement la partie active du noyau, mais aussi le shunt magnétique. Dans la partie active,, ce courant correspond à l'induction maximum de la matière du noyau. Il va de soi que le courant traversant chacun des montages en série des résistances 7 et 8, 9 et la, 11 et 12, est 0 / 3. La magnétisation provoquée par le courant pulsa- toire est représentée sur la fige 1 par un courant 2 qui, lui aussi, tra- verse non seulement la partie active du noyau, mais aussi le shunt magnéti- que, de sorte que la partie traversant chacun des montages en série des ré- sistances est de 2 / 3.
Dans la partie active du noyau, le champ magné- tique d'intensité constante et le champ engendré par le courant pulsatoire sont opposés, de sorte que le flux ainsi obtenu dans cette partie du noyau est valeur qui correspond à une induction qui est égale et opposée à l'inten- sité constante du champ de magnétisation. Dans le shunt magnétique, le champ d'intensité constante et celui engendré par le courant pulsatoire se compen- sent, de sorte que le flux total dans le shunt magnétique est de 3 # ce qui, sur le montage équivalent de la fig. 1, est représenté par un courant dans chacun des montages en série de résistances. Le flux total dans le shunt mag- nétique est trois fois plus grand que celui dans la partie active.
Toutefois la section transversale est aussi trois fois plus grande, de sorte que l'in- duction dans cette partie du noyau est égale à celle dans la partie active ce qui empêche la saturation.
Lorsque ces transformateurs sont fabriqués en grande série, la force magnéto-motrice des aimants permanents peut différer d'aimant à aimant,
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il est donc désirable de prendre des dispositions pour que l'intensité du champ magnétique ait une valeur constante, voisine de la valeur de satu- ration admissible.
Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, une partie du circuit magnétique du transformateur H.F. dans la branche qui contient l'aimant permanent est choisie de façon que sa valeur de saturation soit environ égale au double du flux maximum dans la partie active de la fer- rite. En pratique, ce résultat peut s'obtenir en limitant la section de la matière magnétique dans la branche qui contient l'aimant permanent.
Dans le schéma équivalent de la fig. 1, ceci :revient à remplacer la résistan- ce 4 par une lampe résistance ou par une autre résistance non linéaire.
La fige 2=est une coupe transversale par l'axe d'une forme de réalisation avantageuse d'un transformateur H.Fo
Sur cette figure, un noyau cylindrique central en ferrite com- porte une partie inférieure de diamètre D et une partie supérieure 2, de diamètre V 2D et d'épaisseur 3D/4 #2. La partie 1 porte les enroulements primaire et secondaire 3 du transformateur enroulé sur une carcasse cylin- drique. La partie 1 du noyau central s'applique contre l'élément cylin- drique 5 du noyau d'épaisseur D/4 qui est interrompu en 6 pour laisser place aux connections, non représentées sur le dessin, des enroulements 3.
Ces enroulements sont entourés d'un noyau cylindrique creux 7 de longueur égale à celle de la partie 1 du noyau dont la paroi a une épaisseur D gueur egale D12 - D2 expression dans laquelle D1 est le diamètre extérieur et D2 le diamètre in- térieur. La partie 2 du noyau central s'applique contre un aimant permanent cylindrique 8, magnétisé axialement, dont le diamètre est légèrement inférieur à 2D. La partie 2 du noyau central est entourée d'un noyau annulaire 9 de même épaisseur axiale que la partie 2 et de même diamètre extérieur que le noyau 7, mais dont le diamètre intérieur est légèrement plus grand que ce- lui de la partie 2, de sorte qu'entre les noyaux 2 et 9 subsiste un entrefer annulaire.
Au-dessus du noyau 9 sont prévues deux plaques annulaires 10 en cuivre qui se trouvent donc à proximité de l'assemblage entre l'aimant perma- nent 6 et le circuit magnétique comportant les noyaux centraux 1 et 2. Un pont 11 en acier, affectant la forme d'une cuvette renversée, dont la partie circulaire inférieure 12 s'adapte sur l'aimant permanent 8 et sur les pla- ques la, pénètre exactement dans la rainure ininterrompu 13 formée dans le bord extérieur supérieur du noyau 9.
L'élément 5 s'applique contre une ba- gue d'écartement cylindrique creuse, en résine synthétique, et l'ensemble des parties décrites s'adapte dans un récipient dont la partie intérieure est fermée par un disque circulaire 160
En service, le récipient 15 est rempli d'huile; les enroulements 3 du transformateur sont donc immergés dans l'huile.
Dans la forme de construction représentée sur la fig. 2, les parties de noyau l, 2, 5, 7 et 9 sont toutes en ferrite. Les parties 1, 5 et 7 appartiennent exclusivement à la partie active du noyau. La partie intérieure de l'élément 9 et la partie extérieure de la partie 2 appartien- nent au shunt magnétique tandis que l'aimant permanent 8 et le pont 11 constituent la branche du circuit à champ d'intensité constante. Les dimen- sions du pont 11 et en particulier celles de la partie 12, sont choisies de façon que la matière du pont soit saturée pour un flux égal au double du flux maximum dans la partie active du noyau. Les plaques de cuivre 10 font en sorte que les courants tourbillonnaires engendrés par le courant pulsatoire dans l'enroulement primaire 3 ne provoquent pratiquement pas de pertes.
Ces plaques de cuivre servent à éviter les pertes que provoqueraient, sans elles, les composantes HaFo du champ magnétique dans la matière de l'aimant perma- nent 8.