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TRANSFORMATEUR POUR HAUTE INTENSITE.
La construction de transformateurs pour haute intensité, en particulier ceux destinés à l'alimentation de mutateurs ou convertisseurs à contactsdonne lieu aux difficultés suivantes : Les intensités élevées exigent des conducteurs d'une section très importante. Dans les enroulements de bo- bines en fil, utilisés couramment dans la construction de transformateurs, il est nécessaire de connecter en parallèle un grand nombre de bobines établies avec du fil de faible diamètre, étant donné qu'en raison de leur rigidité les fils d'une section trop importante ne se prêtent pas au pliage nécessaire en vue de la formation de bobines. Le branchement en parallèle de plusieurs bobines est compliqué et long.
Lorsqu'il est fait usage d'enroulements en tôle, on constate, dans la construction courante de transformateurs à colonnes et d'enroulements cylindriques, des pertes accrues sur les bords, dues au fait que le champ de dispersion, qui se referme en dehors du circuit magnéti- que,, pénètre dans les tôles par le côté large de celle-ci. D'autre part, les conducteurs de sortie qui d@@@ent être connectés à l'enroulement en tôle, donnent également lieu à des difficultés et à des pertes supplémentaires. Or, les connexions du transformateur et les liaisons électriques, par lesquelles des groupes d'éléments de bobine sont réunis en une seule bobine, sont difficiles à établir du point de vue technologique et, de plus, sont le siège d'autres pertes.
Ces dernières ne se limitent nullement aux connexions mêmes; au contraire, les champs intenses auxquels elles donnent lieu provoquent des pertes dans les éléments métalliques de la construction qui sont situés dans leur voisinageo De plus, les champs de dispersion intenses en provena@@de l'enroulement de haute intensité et des conducteurs de sortie déterminent des chutes de tension inductives indésirables, dont les effets sont d'autant plus marqués que les tensions sont habituellement peu élevées dans le cas de hautes intensitéso Il en résulte qu'il est impossible de construire, tout en leur assurant un rendement élevé, des transformateurs de grande puissance destinés aux très faibles tensions,
soit de quelques volts - transformateurs dont l'em- ploi est souvent indiqué - étant donné que la tension induite dans le trans-
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formateur serait absorbée dans une mesure notable par l'ensemble des chutes de tension, avant de parvenir jusqu'aux bornes de raccordement.
L'invention a pour objet un transformateur pour haute intensité à noyau de fer toroïdal et à enroulement de haute intensité constitué par des conducteurs tubulaires, transformateur dans lequel les difficultés énumérées plus haut ont été éliminées par le fait que, conformément à l'invention, l'enroulement de haute intensité forme une enveloppe pour le noyau du transformateur et pour l'enroulement primaire et est constitué par des conducteurs cylindriques fixes, disposés d'une manière concentrique entre eux et coaxialement par rapport à l'axe du noyau, ainsi que par des éléments conducteurs chevauchant les intervalles annulaires entre cesconducteurs et prévus sur les faces en bout desdits conducteurs tubulaires, avec cette particularité que les connexions de l'enroulement de haute intensité s'avancent,
à partir d'un côté en bout tout au moins, sous la forme de tubes concentriques entre eux et orientés suivant l'axe du noyau.
L'emploi d'éléments de construction cylindriques pour l'enroulement de haute intensité de transformateurs a pour résultat que la fenêtre du noyau peut désormais présenter des dimensions plus petites que dans les procédés d'exécution de bobinages pratiqués à ce jour ; pertes s'en trou- vent réduites. Les lignes de force magnétiques, engendrées par l'enroulement de haute intensité, ne trouvent sur leur trajet que les arêtes, étroites en elles-mêmes, des conducteurs tubulaires de celui-ci, vu la forme circulaire de ces arêteso
Grâce à l'enveloppement concentrique de l'enroulement primaire et du noyau de fer du transformateur, la dispersion entre ces deux éléments se trouve réduite, tandis que l'espace situé en dehors de l'enroulement secondaire est complètement exempt de champ.
Par conséquent, l'inductance parasite de l'ensemble du dispositif ne présente qu'une valeur minime et, d'autre part, on évite complètement dans des éléments de construction voisins, des pertes dues à l'action de champs de dispersion.
La forme annulaire, adoptée pour le transformateur et l'enroulement de haute intensité, permet de réaliser une construction parfaitement symétrique par rapport à un axe,cependant que les ampère-tours sont directement compensés en tous les points, ceci jusqu'aux p oints de raccordement du transformateur.
Les Figures 1 à 7 des dessins annexés représentent schématiquement et en coupe longitudinale des exemples des possibilités de construction et d'application du transformateur selon l'invention, avec omission des détails de construction purement mécaniques et des détails du branchement, qui ne sont pas essentiels pour la compréhension de l'invention.
Dans toutes les Figures le noyau en fer du transformateur est désigné par a; il porte un enroulement primaire b. Le noyau du transformateur présente une forme toroïdale et est soit constitué par un empilage d'éléments de noyau formés par des enroulements de bande de fer, soit enroulé en une bande dont la largeur correspond à la hauteur du noyau. Cependant, le noyau peut aussi être constitué par un paquet de pièces poinçonnées dans des plaques de tôle.
L'enroulement secondaire ou à haute intensité,destiné à alimenter un dispositif récepteur de courant (non représenté) enclave le noyau du transformateur et l'enroulement primaire à la manière d'une enve- loppe. Cette dernière est constituée par des conducteurs tubulaires fixes, disposés concentriquement entre eux et par rapport à l'axe du noyau, ainsi que par les éléments conducteurs prévus sur le côté en bout des conducteurs tubulaires et chevauchant les intervalles annulaires entre ces derniers.
Dans le transformateur selon la Fig. 1, l'enveloppe est à double paroi. Ces parois sont constituées respectivement par les conducteurs tubulaires concentriques c.., c3' srtués à l'intérieur du noyau toroidal a, par les conducteurs tubulaires concentriques c2' c4' situés à l'extérieur de ce noyau et concentriques à celui-ci, ainsi que par les éléments con-
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ducteurs d1 à d4 qui relient les bords en bout des conducteurs tubulaires.
Les conducteurs tubulaires cl à c4 sont branchés en sérieo Les connexions des enroulements sont constituées par des conducteurs tubulaires concentriques el, e qui s'avancent à partir de ces enroulements dans le sens axial du noyau et qui sont solidaires, respectivement, du conducteur tubulai- re extérieur c4 et du conducteur tubulaire intérieur cl, proche du noyau du transformateur.
Les conducteurs tubulaires peuvent être constitués par des enroulements en tôleo
Afin de permettre la sortie de la connexion d'enroulement du @ conducteur tubulaire c1' situé à l'intérieur du noyau en fer, vers l'exté- rieur de l'enveloppe, les conducteurs de liaison d2' prévus aux bords en bout supérieurs des conducteurs tubulaires c1' c, doivent être pourvus d'ouvertures de traversée, cela lorsque les conducteurs de liaison présen- tent la forme de disques.
On peut réaliser le même objectif lorsque les élé- ments conducteurs qui enjambent l'espace annulaire entre les conducteurs tu- bulaires présentent la forme de rayons de roue aux endroits en questiono
Dans les transformateurs isolés au liquide, on a la possibili- té d'utiliser l'enroulement de haute intensité de ceux-ci, ou des parties de cet enroulement, comme réservoir à huile. Dans ce cas, le conducteur tu- bulaire c3' situé dans la fenêtre et le plus proche de l'axe du transforma- teur peut servir comme paroi de réservoir, ou bien, le réservoir peut être constitué par le tube extérieur c4' qui enclave le noyau, après que ce tube aura été muni d'une plaque de fond.
Au lieu de connecter en série des conducteurs tubulaires con- centriques, dont deux sont situés à l'intérieur du noyau du transformateur et deux autres à l'extérieur de celui-ci, comme représenté dans la Figo 1, on peut connecter les conducteurs tubulaires en parallèle, comme représenté dans les Figures 2 et 3, les croisements entre les conducteurs tubulaires intérieurs et extérieurs étant aisément réalisables.
Les transformateurs selon l'invention sont particulièrement avantageux dans les installations appelées à produire un courant continu de haute intensité à l'aide d'un mutateur ou convertisseur à contacts com- biné avec une bobine d'inductance de coupure à noyau toroïdal, destinée à produire des intervalles de faible courant au cours de la période de con- tact. Les Figures 4 à 7 représentent des exemples d'un tel montage, dans lesquels le noyau toroïdal de l'inductance de coupure f est prévu concen- triquement avec le noyau a du transformateur..
Le noyau de la bobine d'in- ductance est traversé au moins en partie par le courant de l'enroulement à haute intensitéo Ici également, l'enroulement secondaire, qui enclave à la manière d'une enveloppe le noyau du transformateur et l'enroulement primai- re, peut être constitué seulement par deux conducteurs tubulaires cl, c4, situés respectivement à l'intérieur et à l'extérieur du noyau du transfor- mateur, et par des connexions concentriques el e2 qui s'avancent à partir du transformateur suivant l'axe de celui-ci (voir Figures 4 à 6), ou bien, cet enroulement secondaire peut être constitué par une double paroi (voir Figo 7).L'enveloppe du transf ormateur est établie de manière à enclaver le noyau de l'inductance de coupure.
Elle se compose dans ce cas des conduc- teurs tubulaires concentriques cl, c4 des éléments conducteurs de liaison d1' d4 et des connexions concentriques e1 et e2' Une telle enveloppe peut être établie de façon à former une double paroi du moins autour de la bobi- ne d'inductance de coupure, comme représenté dans la Figo 50 Dans ce dernier cas, l'enveloppe de la bobine d'inductance est constituée par deux conducteurs tubulaires concentriques el et e11 situés à l'extérieur du noyau de cette bo- bine et par deux conducteurs tubulaires concentriques e, e22 situés à l'in-
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térieur de la fenêtre de ce noyau, ainsi que par les deux conducteurs de liaison prévus sur les bords en bout.
A titre d'autre exemple, la Figo 6 représente Inapplication d'un transformateur établi selon l'invention, avec inductance de coupure, aux mu.- tateurs à contacts comprenant un montage Graetz décomposé. Dans ce cas, le conducteur tubulaire c1' c , situé à l'intérieur du noyau du transformateur et de celui de la bobine d'inductance de coupure et faisant partie de l'en- veloppe constituée par l'enroulement de haute intensité, aboutit à un systè- me de distribution d'une phase, tandis qu'une connexion dérivée depuis ce conducteur tubulaire aboutit à l'autre système de distribution du montage Graetz décomposé et que le conducteur tubulaire e1 de l'enveloppe, qui est situé à l'extérieur du noyau, aboutit au point neutre du transformateur.
Finalement, la Fig. 7 représente un transformateur selon l'in- vention combiné avec des bobines d'inductance de coupure et destiné à la marche d'un convertisseur à contacts, le montage représenté étant en push- pull. Ici, les bobines d'inductance de coupure fl, f2 sont disposées sur les deux côtés en bout du noyau du transformateur, à l'intérieur de l'enveloppe formée par l'enroulement de haute intensité et coaxialement avec le noyau toroïdal a du transformateur. Les conducteurs de courant c1' c2 et c3' c4 de l'enroulement à haute intensité, qui alimentent la phase et la contre- phase, sont branchés en parallèle. Partant de la prise médiane de cet enrou- lement, la sortie 20 aboutit au point neutre du transformateur.
D'ailleurs, le transformateur selon la Figo 7 comporte, en ce qui concerne l'enveloppe, les mêmes éléments que ceux représentés dans la Fig. 1, les organes analo- gues étant désignés par les mêmes signes de référence dans les deux Figs.
Eventuellement, les bobines d'inductance f1' f2 peuvent être enclavées de tous les côtés par l'enroulement de haute intensité, de la manière repré- sentée dans la Fig. 50 La disposition selon la Figure 7 est également appli- cable sans bobines d'inductance.
Dans tous les exemples d'exécution représentés, les noyaux des bobines d'inductance de coupure ont été constitués par des enroulements en bande de tôleo Dans cette construction, les noyaux töroïdaux peuvent être soit formés en une bande de tôle d'une largeur égale à la hauteur du noyau, soit composés de plusieurs noyaux élémentaires de faible hauteur mis bout à bout et ayant un axe commun. La caractéristique magnétique de la matière con- stitutive des noyaux du transformateur et des inductances de coupure doit être adaptée aux exigences de chacun de ceux-ci. Les noyaux des transforma- teurs peuvent être établis en fer au silicium et ceux des bobines d'induc- tance de coupure, en fer au nickel.
Les transformateurs selon l'invention peuvent être utilisés tant dans un montage série que dans un montage parallèle. On peut en outre utiliser sans difficulté des combinaisons monophasées, comportant chacune un transformateur et une bobine d'inductance de coupure, pour convertis- seurs tri- ou polyphasés. Les différents transformateurs peuvent être placés dans ce cas este à côte ou les uns au-dessus des autres.
Les noyaux peuvent être établis avec des disques estampés ou de toute autre manière, par exemple en poudre ferromagnétique.
Contrairement à la disposition de la Fig. 1, les connexions des enroulements peuvent être prévues sur les conducteurs tubulaires situés à l'extérieur du noyau du transformateur, chacun des conducteurs tubulaires intérieurs, c'est-à-dire proches du noyau du transformateur, étant relié à l'un des conducteurs tubulaires extérieurs par croisement des conducteurs de liaison prévus à une extrémité en bout.
REVENDICATIONS.
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