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L'invention cet relative à un appareil électrique comprenant plusieurs enroulements et, plus particulièrement, à des agencements de connexion perfectionnée qui réduisent les déséquilibres dans la réactance et le courant relatifs des .
circuits qui comprennont ces enroulements*
Des appareil* d'induction électrique immobiles , tala que les transformateurs et analogues, sont $cuvent agencée de façon à produira des courants d'une intensité très grands* Un exemple, de tels appareils est ce que l'on appelle le transfor- mateur da "four", du type propre à être relié à des fours à arc@ électriques.
Des enroulements à haute tension de tels transformateurs sont ordinairement relira à une source d'éner- gie d'entrée de courant alternatif triphasé et loti rapporta des enroulements sont souvent agencés en aorte.que les transformateurs fournissent aux fours des courants d'électrode qui dépassent 10.000 ampères' pour des tensions relativement basses, L'enroulement à basse tension pour chaque phase d'un transfor. mateur de four est ordinairement divisé en plusieurs sections d'enroulement montées en parallèle ,
qui sont agencées de telle façon que leurs extrémités correspondantes ont la même polarité.
Lorsque les courants de sortie d'un transformateur de four sont assez grande pour nécessiter des sections d'enroulé* ment reliées en parallèle, des conducteurs épais sont reliée à chaque section d'enroulement pour porter les courants à l'ex- térieur du réceptacle du transformateur* Ainsi qu'il est bien
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connu dans la technique antérieure,
de$ conducteur de polarité opposée doivent être agencée l'un près de l'autre de sorte que le déséquilibre de réactance provoqué par des différences de .flux de fuite dans le réceptacle du transformateur soit réduit. Cependant, après que les conducteurs sortent du récep- tacle du transformateur,
il eat avantageux pour des raisons ien connues de séparer en groupes de môme polarité les conducteurs extérieure utilisés pourfaire une connexion en delta'entre les phases du transformateur dans le but de conduire du cou- rant aux électrodes d'un four à arc électrique.
La position relative desconducteurs extérieurs dans les groupes de même polarité l'un par rapport à l'autre fait que le flux de fuite qui embrasse les conducteurs est différent, Les conducteurs extérieurs au centre d'un groupe de même polarité ont une réactance plus élevée que ceux de l'extérieur du groupe. Il en résulte des déséquilibres de courant et de réactance entre les circuits reliés en parallèle comprenant des sections d'en- roulement à basse tension , les conducteurs intérieurs et les conducteurs extérieurs.
Les déséquilibres de courant et de réactance sont indé- sirables parce que la sortie du transformateur est ordinaire*! ment considérée comme proportionnelle au courant mesuré par un transformateur associé à l'un des conducteurs intérieurspour l'une des sections d'enroulement à basse tension ;dans la mesure où les déséquilibres de courant se produisent entre les sections d'enroulement ,la mesuré de sortie sera incorrecte.
En outre,les déséquilibres de courant peuvent se traduire par la surchauffe d'une section d'enroulement tandis qu'une autre section d'enroulement ne produit pas de courant Jusqu'au sa capacité nominale. La présente invention est basée sur la découverte que;
les déséquilibres de courant et de réactance entre des circuits reliés en parallèle , provoqués par des désé-
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quHAbret de courant e t de réactance qui se présentent entre les conducteurs extérieurs et les groupes de Même polarité 4 1 extérieur du réceptacle du transformateur sont affecté* par l'ordre séquentiel dans lequel les sections d'enroulement
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sont reliées aux conducteurs intérieure dutranefcrnmttur.
Par suite, un objet de la présente invention est de procu- rer un appareil électrique dans lequel les déséquilibras de ,courante t de réactance provoquée par le)! agencements d'enroule. ment de l'ancienne technique sont réduite.
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Un autre objet est de procurer des agencements d'enrou., lement pour des transformateurs de four ,
réduisant les désé- quilibrea de courant et de réactance
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Un autre objet oatd procurer des agencements pour relier dois sections d'enroulement d'un transformateur des conducteurs extérieure qui réduisent les déséquilibres de courent et de réac -
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tance à de* valeurs théoriquement minimum pour certains agen- cémente types d'enroulement .
En s'exprimant brièvement,suivant un aspect de l'inven- tion, un transformateur peut avoir un enroulement divisé en plue que deux sections d'enroulement montées en parallèle.
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1.xtr6mité positive de chaque section d'enroulement est reliée à un conducteur intérieur et l'extrémité négative de chaque section d'enroulement est reliée'. un autre conducteur inté- rieur Les conducteurs positifs et négatifs partant de chaque section d'enroulement peuvent cure disposes à la mente extré- mité. du transformateur. Les conducteurs sont relias à d'autres
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conducteurs a l'extérieur de l'enceinte du transformateur.
L'enroulement produit un courant de sortie dans les cond leurs extérieurs , suffisamment grand pour provoquer un désé-
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quilibre de réactance et de courant entre les conducteur exté. rieurs , variant suivant la position relative des conducteur.,
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les déséquilibres sont augmentés lorsque les conducteurs axté- rieurs sont divisés en groupes de miras polarité.
L'invention réside dans un agencement de connexion entre les sections d'enroulement et les conducteurs intérieurs, dans lequel au moins une @@otion d'anroulement qui a un conducteur extrérieur à forte réactance relié à une dit ses extrémités . posséda des conducteurs extérieurs à faible réactance qui sont reliés à non autres extrémités.
On a établi des formules pour déterminer quelles sec- tions d'enroulement et quels conducteurs doivent être reliés/* entre eux pour produire les résultats optimum Cependant, on doit comprendra que l'invention n'est pas limitée à des agen- cémente dans lesquels les transpositions exactes spécifiées par des formules sont utilisé$$ , en ce sens que l'on peut réduire les déséquilibres de réactance ,
bien que l'on ne puis. se pas nécessairement les rendre minimum par des agencements inter autres que les connexions calculées.
Aux dessine jointe au présent mémoire :
Figure 1 est un schéma de circuit Montrant les conne xione entre untransformateur de four et un four à arc élec- trique suivant la technique antérieure.
Figure 2 est un schéma correspondant à la figure 1, saut que les interconnexions entre les sections d'enroulement des transformateurs et les conducteur de sortie sont agencées suivant les enseignements de l'invention*
Figure 3 est un graphique théorique de la réactance relative par rapport A la position des conducteurs extérieurs pour un agencement de transformateur retour type ayant quatre sections d'enroulement reliées dans le circuit de la technique antérieure! de la figure 1.
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Figure 4 *et un graphique théorique de la réactance rela- tive rapporté à la position, du conducteur extérieur corres- pondant à la figure 3, saut que les enroulements sont montré! suivant les enseignements représentés à la figure 2,
Figura 5 ont un schéma d'une phase d'un agencement d'enroulement de la technique 'antérieure ,
ayant n section**
Figure 6 *et un schéma simplifié d'une phase d'un agencement d'enroulement de transformateur de four ayant six aactiona d'enroulement reliées à des conducteur. intérieurs suivant la pratique de la technique antérieure.
Figure 7 *et un schéma simplifié d'un enroulement de ( transformateur de tour à six sections correspondant. la figure 6 aauf que lois enroulement. sont reliée aux conducteurs inti.
! rieurs suivant les enseignements de l'invention,
Figure 8 est un graphique théorique de l'inductance rapportée à la poaitipn des conducteurs extérieurs pour un agencement de transformateur de four type ayant six sections d'enroulement montées dans le circuit de la technique antérieure montré a la figure 6.
Figure\9 est un graphique théorique de la réactance relative rapportée à la position dès conductaurd extérieure correspondant la figure 8 sauf que les enroulements dont reliée suivant les enseignements montrés à la figure 7.
En se référant à présent aux dessins, figure montre un agencement de transformateur de four à trois phases de la technique antérieure. Le transformateur 10 a ses enroulement! à haute tension 11 reliée à une source E d'entrée convenable de courant alternatif à trois phases. L'enroulement de basse tension 12 pour chaque phase peut être divisa en quatre sec- tions d'enroulement montées en parallèle 1, 2, 3.et 4 les lettres a, b, c associées aux- sections d'enroulement
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indiquent les phaata rouptottres du transformateur, Chaque ex.
'r'm1' de station d'enroulement tifs rtliét A us conducteur
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intérieur 13 1 1. conducteur# li font dioposée 1'un près de l,e4utre à une exr4rgitd du t ranf femtttur et traversent une <nc<itntt tomde de façon étanche du ',an.formateur. 1', on prenant le tranaformattur come indiqué schématiquement figure Io ton Ip'çial1.tl"" rlndont compte que chaque tion d'snroultpatnt de chaque ph4ge peut ftrt iubdivliét tn plusieurs parallèles tout.. le% .0UI.IIQt1on. de ch4que station d '<np9$m<M étant roli4on de mime manière ce# minuta conducteurs 131 Lorsque Ion conducteur 13 ont sortis de l'enceinte du tr4nienrinatour 150 il$ sont reliée à deµ conductour4 extérieurs 20 qui mont ut1111" pour rdalt4er une connexion triphasé* en delta@ IX, ot avanta61UX pour des raisons bien eonnues de .6p..
rer les conducteur% 20 dans chaque phase en formant des grau peu do même polarité. Les groupes de mime polarité .ont dieigne par Ion notations a+, a-, b+, b. et c't'j( c. pour indiquer la phase et la polarité relative des divers groupe . Les opécia- listes comprendront que lea polarités dont question nontinstan- langea et changent avec la fréquence de la source dtalimontatiot
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qui peut être par exemple de 60 cycles par abonde,
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La connexion en delta peut être fermée par la liaison d) groupe a- et du groupe b & un conducteur commun 22, en reliant le groupe at et le groupe c. z un conducteur commun 2jet relia le groupe b- et le groupe et au conducteur commun 24# Le%
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conducteurs 22, 23 et 24 respectivement, sont reliée par de$
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conducteurs Z5e,26 et 27 aux électrodes 28 d'un four à arc électrique 30.
Les conducteurs intérieurs 13 , los conducteurs
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extérieure 20 et lea conducteurs 22-27 doivent être capable* de
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porter des courants intense. aux élootx'()11J z Par conséquent,, ces éventa de circuit sont faite ordinairement d'une ou plusieurs barre. rigides de cuivre ou d'aluminium épaisses J a.pen"
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danto pour aimplitier la dematu, on les à .Dtr"1 toute* ooMm des èOndut.ur..1.,11'.
#r-p x Ugtnotffltnt de la 'QhDiqU8 antérieure de la fifturt i, de connexion intérieur entre le$ extr4. mités des sectionie d ##nroulimtnt 1 4 et les conducteur$ -.4ntiéri*Hri 1> fait dans un ordre '\\00..111, les conduc. tours- <tantj*tli<< aux Ixtr'm1t', opposai de la m'n1 son- .en dqnroulement et di.po.', l'un près de ï.*<mï'<, Il en résulte que 1'.oQnijct.ur. <'xt4piwnrt 20 1"1116, z chaque ne tion 4'.nroul.mlnt occupant tous deux la mime position relative que dan leu troupta de mj!m$ polarité Par exemple# comme montra pour la ph4ce a à 11 figure 1, les conctuctour4 + et 20 reliée aux $actions dt nroulement la et 44 occupant le positions extériour#4 de 1 In'n't polarité, et leu 9on8t<turs t on 020 reliée aux .tot1on. d'enroulement Sa et )g occupent Ion position% ;
!.nt'r1turt. dans leur@ groupes de mima polarités Cette mima disposition relative se présente dans la phase b et c; cependant,pour raccourcir la description de l'inven- tion, on n'a décrit que la phase a en se reportant à toutes Ionfigures du dessin.
Ainsi qu'il est bien connu dans la technique, lorsque le transformateur 10 produit des courants de sortie impor-
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tante un équilibre de réactance parmi les conducteurs 13 à l'intérieur du transformateur peut être obtenu en disposant les conducteurs de polarité opposée l'un près de l'autre de la fa- çon indiquée. Cependant, lorsque les conducteurs 13 sont reliée aux conducteurs extérieurs 20, qui sont divisés en groupes de
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même polarité, des déséquilibres de courant et: de reactanc' importante entre les différents conducteurs résultent dt type d'agencement.
Les conducteurs 20 dans les position.? nté- rieurea des groupes de mime polarité ont une réactance relati'- ,.ment 'levé. qui diminue la grandeur de courant qu'ils portent.
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La raison en est que les conducteurs dans les positions inté rieures sont embrassés par le flux provenant des conducteur* des positions extérieures aussi bien que par le flux produit.. par eux-mêmes.' Ainsi par exemple, les deux conducteurs 20 reliât à la section d'enroulement 2a seront dans des positions de r éaxtance relativement élevées en comparaison des deux conduc- tours 20 reliés à la section d'enroulement la,
La présente invention vine à fournir des agencements prédéterminés pour connecter à l'intérieur différentes sec- tions d'enroulement à bases tension 12aux conducteurs 13 pour réaliser une réduction des déséquilibres de courant et de réac- tance dans les circuits ces sections d'enroulement montées en parallèle ,qui se produisent en raison du déséquilibre dans les groupés de même,
polarité des conducteurs 20 à l'extérieur du transformateur. Des agencements d'interconnexion suivant l'invention conduisent à ce qu'au moins une section d'enrou- lemnt ayant un conducteur extérieur en position de grande réac tance relié à une de ses extrémités soit reliée à son autre extrémité à un conducteur extérieur différent ayant une position de basse réaotance. Dans la plupart des situations, les désé- quilibres de réactance;
sont diminués en reliant chacune des deux sections d'enroulement par une extrémité à un conducteur extérieur occupant une position de réactance minimum et en reliant l'autreextrémité de chaque section d'enroulement à un conducteur extérieur occupant une position de réactance maxi- mum.
En se référant maintenant à la figure 2, l'agencement de circuit est le même que celui de la figure 1, sauf que les connexions intérieures entre les section* d'enroulement et les conducteurs 13 sont en accord avec l'invention.
En comparant
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avec les connexions de la technique antérieure de la figure 1, la figure 2 montre que les connexions entre les section$-, d'enroulement 1 à 4 de chaque phase et les conducteurs qui leur sont associée 13 sont transposées de telle façon que chaque section d'enroulement soit reliée à unw extrémité à un con- ducteur extérieur 20 ayant une pétition de forte réactance dans son groupe de même polarité,
et soit reliée par son autre extrémité à un conducteur extérieur 20 ayant une position de faible réactance.Ceci a été réalité en transposant les con- nexions de polarité négative de la section d'enroulement 1 dans chaque phase avec les connexions de polarité négative pour les section* 2 dans chaque phase et en transposant la connexion de polarité négative pour la section 3 dans chaque phase avec la connexion de polarité négative pour la a action 4 dana chaque phase Par exemple, les conducteurs 20 du groupe a+ sont reliée aux sections d'enroulement dans l'ordre séquen- tiel , 1, 2, 3, 4, mais les conducteurs correspondants 20 du groupe a- sont reliés aux section$ d'enroulement dana l'or. dre séquentiel 2, 1,
4, 3. Ainsi, chaque section d'enroulement est reliée à un conducteur 20 ayant une position extérieure de faible réactance et à un conducteur 20 ayant une position intérieure de grande réactance.
La réduction des déséquilibres entre les sections d'en- .roulement en conséquence de l'invention peut se comprendre mieux en 8 référant aux figurent 3 et 4 .figure 3 est un graphie que basé sur des calculs théoriques de réactance relative pour des agencements de transformateur de tour de la technique antérieure types dans lesquels les condusteurs 20 sont de même longueur * figura 4 est le marne graphique d'un four utilisant l'invention* La réactance relative des conducteurs 20 dans les groupes de marne polarité est reportée auaai bien à la figure
3 qu'à la figure 4 sur l'axe des ordonnées par rapport à la
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position des conducteurs 20 dans leurs coupes respectifs sur
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l'axe des absciades et là valeur de la réactance pour chaqtfe position est désignée par les point$ 810 g2, d3 64 au-dessus des groupe*. Les positions numérotées 1-IT représentent la allusion des conducteurs 20 l'un près .de lâutM de gauche à droite Les positions 1 et IV sont les positions extérieurs de faible réactance et les positions lx et III sont les positions intérieures à grande réactance. Les petite rectangles 1++3+4+ et 1-2-3-4- visent à représenter des vues en bout des conducteurs 20 qui occupent les positions respectives et la polarité et la section d'enroulement à laquelle les conducteurs sont relira chacun sont indiquées par un signe et un nombre convenables.
Figure 3 représente l'agencement suivant la technique antérieure montrée à la figure 1 ,dans lequel les deux conducteurs 20 reliés aux sections d'enroulement 1 et 4 occu- pent les positions extérieures de faible réactance et les deux conducteurs reliés aux sections d'enroulement 2 et 3 occupent les positions intérieures de grande réactances Les
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positions extérieures 1 et IV ont une dactance théorique relative do ( pointa 61 et 64) et 1* positions intérieures il et IÎ1 ont une réactance théorique relative de 10 ( points 92 et 63).
Ainsi, le déséquilibre de reactanct maximum de 05 indiqué par x entre les conducteurs 20 pour deux sections d'en- roulement quelconques est 2,
Figure 4 représente l'agencement transposé de la figure 2.
Les indications des conducteurs dans chaque position Montrent que chaque section d'enroulement est reliée à un conducteur occupant une position intérieure 4 grande réactance et à un
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conducteur occupant une position extérieure à faible réactance, , Le résultat en est que chaque section d'enroulement est reliée à un conducteur ayant une réactance de 10 et reliée Ja,m autre
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conducteur ayant urne réactance de 80 La réactance relative moy- enne des conducteur* 20 de toutes les sections d'enroulement est sinsi 9 comme indiqué par les triangles 86 et 87 à la figure 4.
Ainsi, le déséquilibre de réactance entre les sec- tions d'enroulement provenant du déséquilibra des conducteur.
20 a été réduit à zéro par la aise en pratique de l'intention.
On a établi des formules pour déterminer l'agencement de connexion intérieur entre les sections d'enroulement et le$ conducteurs qui diminue les déséquilibrée de réactance des enroulements ayant un nombre quelconque donné de section reliées en parallèle, Les formules peuvent être exposées en se référant à la figure 5 qui est un schéma simplifié pour une pha- se d'un transformateur ayant un enroulement à basse tension 12 avec n circuits,relies aux conducteurs 13 qui passent à tra- vers l'enceinte 15, et sont reliés à des conducteurs extérieurs 20 qui sont divisés en groupes de même polarité à l'extérieur du transformateur.
Les sections d'enroulement seront agencées en unpremier ordre séquentiel prédéterminé avec la section à une extrémité de la séquence assignée au nombre 1, et les au- très sections numérotées de façon consécutive Dans l'exemple représenté à la figure 5, les sections d'enroulement sont agencées l'une au-dessus de l'autre avec la section la plus élevée recevant le nombre 1.
Les conducteurs intérieurs 13 sont agencée en une seconde séquence prédéterminée avec le conducteur de polarité transposé à une extrémité de la séquence suivant le nombre 1, et les autres conducteurs de mime polarité étant numérotés, de façon consécutive Dans l'exemple représen é A la figure 5, les conducteurs sont disposés cote à côtea le conducteur le moins négatif portant le nombre 1.
Pour diminuer lesdéséquilibres de réactance de circuits reliée en parallèle qui se présentent dans la partie des circuits o les conducteurs 20 sont séparés en groupe* de même polarité,
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une connexion ( soit négative,'soit positive) entre les sec- tiens d'enroulement et les conducteurs intérieurs 13 doit être transposée de la façon suivante , Pour tous les cas : n = le nombrs des sections d'enroulement, +a = le groupe de môme polarité positif -a - le groupe de mime polarité négatif et un nombre qui précède un groupe de même polarité , par exemple +3a,indique la troisième position dans le groupe.
Cas I : Lorsque "n" est un nombre pair plus grand que 2 , on transposera une connexion en un nombre de circuits (n+2 -/2 a ) avec la connexion correspondant* de circuit de nombre (a), et on transposera une connexion dans le circuit (n/2+a) avec la connexion correspondante dans le circuit de nombre (n+l)-a). Lorsque n/2 est un nombre pair, on évaluera ce qui précède pour a - 1, 2, 3, etc jusqu'à n/4 Lorsque ± est un nombre impair, on évaluera ce qui précède pour a - 1, 2, 3, etc,, jusqu'à n+2/4
Cas II Lorsque "n" est un nombre impair supérieur ait on transposera une connexion dans le circuit de nombre (n+3/2 -a) avec la connexion correspondante dans le circuit de nombre (a) et on transposera une connexion dans le circuit de nombre (n+1/2 +a )
avec la connexion correspondante dans le circuit de nombre (n+1 -a) ou On transposera une connexion dans le circuit de nombre (n+1/2-a) avec la connexion correspondant* dans le circuit de nombre (a) et on transposera une connexion dans le circuit de nombre (n-1/2 +a ) avec la connexion correspondante dans le circuit de nombre (n+1 -a) .
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Lorsque (ni) est un nombre entier on évaluera se qui précède pour a = 1, 2, 3, etc., jusqu'à n+1/4
Lorsque (n+1)/4 n'est pas un nombre entier, on évaluera ce qui
4 précède pour a - 1,2, 3 jusqu'à n+3 a = 1, 2, 3 jusqu'à n+3/4
En utilisant toutea les transpositions calculée* d'après les formules précédentes, on peut réduire les déséquilibres de réactance et de courant à un minimum théorique dans les agencements de transformateurs de four type* où les conducteurs
20 des groupes de même polarité sont tous de même longueur.
Le chiffre de référence 90 à la figure 5 indique les connexions qui doivent être transposées suivant l'invention. (C).
Un exemple de la manière dont lea formulée indiquées ci- dessus sont utilisées est donné ci-dessous en se reportant à la figure 6 ,qui montre l'agencement de connexions de la techni- que antérieure pour une phase d'un transformateur de four pour l'enroulement à basse tension 12 divisé en six sections montées en parallèle. Les transpositions qui doivent être faites pour un enroulement à six sections suivant les formules précédentes peuvent être calculées comme suit :
Comme l'enroulement est divisé en six sections , un* est un nombre pair etles formules applicables au cas I doivent être utilisées.
Comme ? est un nombre impair, les valeurs pour "a" sont déterminées par la solution de (n+2/4)qui égale 2. Ceci indique que "a" a été évalué pour les valeurs 1 et 2, L'évaluation des formules pour le cas 1 pour les valeurs a" 1 et a" 2 se traduit par lestranspositions suivantes
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pour a 1 (Eîâ)-*) - ce qui doit 4tre transposé avec 1, JJJ)) et jjt) (µ # a) 0 4s et qui doit être transposé avec (n*1 ma) "iN Pour 2 n+2 2 ce qui doit être transport avec 2 (Ce calcul indique que Ion connexions entre les socitio roulement 3 64 lûa conducteurs 13 doivent rester inehanjnH et (?+<)'' 5t qui doit dtre tMnxpoaé ttvee (n+1 -a) "it qui doit être transposé avec (n+1 (Ce calcul indiqua aussi que les connexions entre le* . d'enroulement 5 et les conducteurs 13 doivent rester i.
Les calculs indiqués ci-deanue révèlent que cha r ducteur provenant de la) section d'enroulement 1 doit 6tjjH posé avec le conducteur, de polarité correspondant proza la section d'enroulement 3 at que le conducteur de po3|H correspondante provenant de la section lu doit 4tre trsn avec le conducteur de polarité correspondante provenant section 6 , et que les conducteurs provenant dos sectioo roulement 2 et 5 doivent rester les mêmes* Cet agencas àctionné a été montré à la figure 7 , qui est Identique figure 6, sauf que les transpositions indiquées ci-dons été faites,, es graphiques des figures 8 et 9 sont des graph de la réactance relative sur l'axe des ordonnée rapport position de groupes de même polarité sur l'axe des absfôjH et correspondent à ceux des figures 3 et 4 en ce sens q montrent la réduction du déséquilibre de réactance par )
N à la technique antérieure , obtenue par la mise en prat l'invention pour un enroulement de transformateur de foN six sections, Les points 91-96 indiquent la réactance JCNt
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des conducteur 20 dans les groupas de même polaritéqui occupent des positions respectives indiquées par I - VI de gauche à droite, et à tout autres points de vue , les notations des figures 8 et 9 indiquent la mima chose que les notations correspondantes des figures 3 et 4.
Figure 8 représente l'agencement de la technique ante- rieur* montré à la figure 6, où les conducteurs 20 reliés aux sec tiona d'enroulement 1 et 6 occupent les positions de réactance la plus faible , $ les conducteurs reliés aux sections d'enroule- ment 3 et 4 occupent les position* de réactance la plue élevée et les conducteurs reliés aux sections 2 et 5 occupent des positions de réactance intermédiaire ,Le déséquilibre maximum ' 97 indiqué par y se produit entre les sections d'enroulement extérieures (pointa 91 et 96) et les sections d'enroulement intérieures (pointa 93 et 94);
sur l'échelle théoriqueutilisés la valeur du déséquilibre est 10-6+ ou entre 3 et 4.
Figure 9 représente l'agencement montré à la figure 7 dans lequel on a fait les transformations calculées précédemment Les sections d'enroulement 1, 3, 4 et 6 sont reliées chacune à un conducteur d'une position à l'extérieur (I ou VI)de réac. tance minimum et à un conducteur occupant une position inté- rieure (III ou IV) de réactance maximum. Le résultat est que quatre sections d'enroulement pour lesquelles des transpositions ont été faites ont la même réactance qu'indiquée par les trian- glas 98 et 99 à la figure 9 ; la valeur de la réactance sera la moyenne entre celle des positions 1 et VI (points 91 et 96) et celle des positions III et IV (pointa 93 et 94).
Ainsi le déséquilibre de réactance maximum 400 indiqué par z sera 1 différence entre la valeur pour les sections d'enroulement
2 et 5 (non changée par les transpositions) et celle des cir- cuits 1, 3, 4 et 6 après la transposition , qui est manifeste. cent moindre que la valeur 97 indiquée par y et obtenue pour l'agencement de la technique antérieure de la figure 8.
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On a Ainsi montré que par la mise en pratique de l'in- vent ion , on peut faire des transpositions entre les Motions d'enroulement du transformateur et les conducteurs de sortît du transformateur;
qui réduiront les déséquilibres de courant et de réactance dans les circuits d'enroulement provoquée par la division des conducteurs Extérieurs en groupe$ de même polarité située à l'extérieur du transformateur Des formules ont été présenté* pour déterminer les transpositions qui produi ront les résultats optimum théoriques, Cependant,
on doit com- prendre que l'invention ne se liait* pas à ces transposi- tions seulement telles qu'elles sont en accord avec les for- mule.. L'invention comprend dea agencements dana le.quel. les transpositions ne sont paa les mêmes que celles calculées comme produisant les résultats théoriquement optimum puisqu'il peut être avantageux dans certains cas spéciaux de s'écarter des agencements calculés. L'invention a l'avantage qu'elle permet l'emploi de connexions simples et directes entre les barres rigide p et lourdes utilisées pour porter les courante intense* que l'on peut obtenir dans ces
agencements lorsque les conducteurs de même polarité sont divisés} en même temps, les déséquilibres de réactance et de courant provoquée par ce type d'agencement. peuvent être réduits à un minimum en utill- sant lestranspositions décrites. La présente- invention permet aussi de continuer à utiliser l'agencement dans lequel les conducteurs internes de polarité opposée sont placée l'un pria- de l'autre pour réduire lea déséquilibres à l'intérieur de l'en- ceinte du transformateurs
On comprendra naturellement qu'alors que les tomes de l'invention montrées et décrites ici constituent les formes de réalisation préférées de l'invention,
on n'a pas l'intention de montrer ici les formes équivalentes ou variante.. Par exem- plot bien que l'invention ait été montrée et décrite en se
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reportant A un treneffomataur de four les tpëcitliwtwo on-* prendront que i tnv*Jia&1.o rapplique aussi à d'autret typti tel que des de -redresseurs* On comprendra aussi que les met'9 nlili-Mû visent la description plutôt qu'une limitation d,; î t, ,iïin(,14,jn tit que diverses roodifica- tiolis pouveiit eu*'-; p'rif 3MS atêcixrtér de l'taprit et du cadre de l'invention t4llo qu*e3±posê ici.
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The invention relates to an electrical apparatus comprising several windings and, more particularly, to improved connection arrangements which reduce imbalances in the relative reactance and current of.
circuits which include these windings *
Stationary electric induction apparatuses, such as transformers and the like, are vessel arranged so as to produce currents of very large intensity * An example of such apparatus is the so-called transformer da "furnace", of the type suitable for being connected to electric arc furnaces.
High voltage windings of such transformers are ordinarily connected to a three phase AC input power source, and many windings are often arranged in an aorta. Which transformers supply the furnaces with electrode currents which exceed. 10,000 amps' for relatively low voltages, The low voltage winding for each phase of a transformer. The furnace is usually divided into several winding sections connected in parallel,
which are arranged in such a way that their corresponding ends have the same polarity.
When the output currents of a furnace transformer are large enough to require winding sections connected in parallel, thick conductors are connected to each winding section to carry the currents out of the receptacle. transformer * As well as
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known in the prior art,
of conductors of opposite polarity should be arranged close to each other so that the reactance imbalance caused by differences in leakage flow in the receptacle of the transformer is reduced. However, after the conductors exit the transformer receptacle,
it is advantageous for known reasons to separate into groups of the same polarity the outer conductors used to make a delta connection between the phases of the transformer for the purpose of conducting current to the electrodes of an electric arc furnace.
The relative position of outer conductors in groups of the same polarity with respect to each other causes the leakage flux which embraces the conductors to be different, The outer conductors in the center of a group of the same polarity have a higher reactance than those outside the group. Current and reactance imbalances result between circuits connected in parallel comprising low voltage winding sections, inner conductors and outer conductors.
Current and reactance imbalances are undesirable because the output of the transformer is ordinary *! is considered proportional to the current measured by a transformer associated with one of the inner conductors for one of the low voltage winding sections; to the extent that current unbalances occur between the winding sections, the measured output will be incorrect.
Also, current imbalances can result in one winding section overheating while another winding section is not producing current up to its rated capacity. The present invention is based on the discovery that;
current and reactance imbalances between circuits connected in parallel, caused by imbalances
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quHAbret of current and reactance that occur between the outer conductors and groups of Same polarity 4 1 outside the transformer receptacle are affected * by the sequential order in which the winding sections
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are connected to the inner conductors of the trench.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrical apparatus in which the current and reactance imbalances caused by the)! winding arrangements. of the old technique are reduced.
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Another object is to provide winding arrangements, also for furnace transformers,
reducing current and reactance imbalances
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Another object is to provide arrangements for connecting the winding sections of a transformer to the outer conductors which reduce current and feedback imbalances.
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tance at * theoretically minimum values for certain types of winding.
Speaking briefly, in accordance with one aspect of the invention, a transformer may have one winding divided into more than two winding sections connected in parallel.
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The positive end of each winding section is connected to an inner conductor and the negative end of each winding section is connected. another inner conductor The positive and negative conductors starting from each winding section can be arranged at the same end. of the transformer. The conductors are connected to others
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conductors outside the transformer enclosure.
The winding produces an output current in the outer conduits large enough to cause deselection.
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reactance and current balance between the external conductors. laughing, varying according to the relative position of the conductors.
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imbalances are increased when the outer conductors are divided into groups of polarity miras.
The invention resides in a connection arrangement between the winding sections and the inner conductors, wherein at least one winding element which has a high reactance outer conductor connected to one of its ends. has low reactance outer conductors which are connected at other ends.
Formulas have been established to determine which winding sections and which conductors should be connected to each other to produce optimum results. However, it should be understood that the invention is not limited to arrangements in which the exact transpositions specified by formulas are used $$, in the sense that reactance imbalances can be reduced,
although one can not. not necessarily make them minimum by inter-arrangements other than the calculated connections.
To the drawings attached to this brief:
Figure 1 is a circuit diagram showing the connections between a furnace transformer and an electric arc furnace according to the prior art.
Figure 2 is a diagram corresponding to Figure 1, except that the interconnections between the winding sections of the transformers and the output conductors are arranged according to the teachings of the invention *
Figure 3 is a theoretical graph of the relative reactance versus the position of the outer conductors for a typical reverse transformer arrangement having four winding sections connected in the prior art circuit! in figure 1.
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Figure 4 * and a theoretical graph of the relative reactance referred to the position, of the outer conductor corresponding to figure 3, except that the windings are shown! according to the teachings shown in Figure 2,
Figure 5 is a diagram of one phase of a prior art winding arrangement,
having n section **
Figure 6 * is a schematic diagram of one phase of a furnace transformer winding arrangement having six winding actiona connected to conductors. interiors following the practice of the prior art.
Figure 7 * and a simplified diagram of a winding of a corresponding six section turn transformer. Figure 6 except that the winding laws are connected to the inti conductors.
! laughing according to the teachings of the invention,
Figure 8 is a theoretical graph of the inductance relative to the size of the outer conductors for a typical furnace transformer arrangement having six winding sections mounted in the prior art circuit shown in Figure 6.
Figure \ 9 is a theoretical graph of the relative reactance referred to the position of the outer conductaurd corresponding to Figure 8 except that the windings are connected according to the teachings shown in Figure 7.
Referring now to the drawings, the figure shows a prior art three-phase furnace transformer arrangement. The transformer 10 has its windings! high voltage 11 connected to a suitable input source E of three-phase alternating current. The low voltage winding 12 for each phase can be divided into four winding sections connected in parallel 1, 2, 3. and 4 the letters a, b, c associated with the winding sections-
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indicate the rouptottres phaata of the transformer, Each ex.
'r'm1' of winding station tif rtliét A us conductor
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interior 13 1 1. conductor # li are dioposed close to each other at an end of the t ranf femtttur and cross a <nc <itntt tomde of the ', an.formateur. 1 ', we take the tranaformattur as shown schematically in figure Io ton Ip'çial1.tl "" rlndont account that each snroultpatnt tion of each ph4ge can ftrt iubdivliét tn several parallels all .. the% .0UI.IIQt1on. of each station of <np9 $ m <M being roli4on in the same way this # minuta conductors 131 When the conductor 13 has left the enclosure of the tr4nienrinatour 150 they are connected to external conductors 20 which mount ut1111 "to rdalt4er a three-phase connection * in delta @ IX, ot avanta61UX for well-known reasons of .6p ..
rer the conductors% 20 in each phase by forming little ones of the same polarity. Groups with the same polarity. Are signed by the notations a +, a-, b +, b. and c't'j (c. to indicate the phase and relative polarity of the various groups. Operators will understand that the polarities in question continue to change and change with the frequency of the source of the metal.
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which can be for example 60 cycles per abound,
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The delta connection can be closed by bonding d) group a- and group b & a common conductor 22, by connecting group at and group c. z a common conductor 2jet connected the group b- and the group and to the common conductor 24 # The%
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conductors 22, 23 and 24 respectively, are connected by $
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Z5e conductors, 26 and 27 to the electrodes 28 of an electric arc furnace 30.
The inner conductors 13, los conductors
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20 and 22-27 conductors must be able * to
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carry intense currents. aux élootx '() 11J z Therefore, these circuit fans are usually made of one or more bars. rigid copper or aluminum thick J a.pen "
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danto to enjoy the dematu, we have them to .Dtr "1 any * ooMm of the èOndut.ur..1., 11 '.
# r-p x Ugtnotffltnt of the earlier 'QhDiqU8 of the fifturt i, interior connection between the $ extr4. mites of sections d ## nroulimtnt 1 4 and the conductors $ -.4ntiéri * Hri 1> done in an order '\\ 00..111, the conduc. turns- <tantj * tli << aux Ixtr'm1t ', opposai of the m'n1 sound-. in unwinding and di.po.', one near ï. * <mï '<, It follows that 1 '.oQnijct.ur. <'xt4piwnrt 20 1 "1116, z each ne tion 4'.nroul.mlnt both occupying the same relative position as in their troupta of mj! m $ polarity For example # as shown for ph4ce a to 11 figure 1, the conctuctour4 + and 20 connected to the $ winding actions la and 44 occupying the external position # 4 of 1 In'n't polarity, and their 9on8t <turs t on 020 connected to the winding .tot1on Sa and) g occupy Ion position%;
! .nt'r1turt. in their @ groups of mima polarities This mima relative arrangement occurs in phase b and c; however, to shorten the description of the invention, only phase a has been described with reference to all of the figures in the drawing.
As is well known in the art, when transformer 10 produces large output currents
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So a reactance balance among the conductors 13 inside the transformer can be achieved by arranging the conductors of opposite polarity close to each other in the manner shown. However, when the conductors 13 are connected to the outer conductors 20, which are divided into groups of
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same polarity, current imbalances and significant reactance between the different conductors result from type of arrangement.
The 20 conductors in the position. Inside, groups of the same polarity have a relatively high reactance. which decreases the magnitude of current they carry.
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This is because the conductors in the inner positions are embraced by the flux from the conductors * from the outer positions as well as by the flux produced by themselves. ' Thus, for example, the two conductors 20 connected to the winding section 2a will be in relatively high reactive positions compared to the two conductors 20 connected to the winding section 1a,
The present invention aims to provide predetermined arrangements for internally connecting various low voltage winding sections 12 to conductors 13 to achieve reduction in current and reactance imbalances in the circuits such mounted winding sections. in parallel, which occur due to the imbalance in the grouped alike,
polarity of the conductors 20 outside the transformer. Interconnection arrangements according to the invention result in at least one winding section having an outer conductor in a high reactance position connected at one of its ends to be connected at its other end to a different outer conductor. having a low reotance position. In most situations, reactance imbalances;
are decreased by connecting each of the two winding sections at one end to an outer conductor occupying a position of minimum reactance and by connecting the other end of each winding section to an outer conductor occupying a position of maximum reactance.
Referring now to Figure 2, the circuit arrangement is the same as that of Figure 1, except that the internal connections between the winding sections and the conductors 13 are in accordance with the invention.
Comparing
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with the connections of the prior art of figure 1, figure 2 shows that the connections between sections $ -, winding 1 to 4 of each phase and the conductors associated with them 13 are transposed in such a way that each section winding is connected at one end to an outer conductor 20 having a high reactance request in its group of the same polarity,
and is connected at its other end to an outer conductor 20 having a low reactance position. This has been done by transposing the negative polarity connections of the winding section 1 in each phase with the negative polarity connections for them. section * 2 in each phase and transposing the connection of negative polarity for section 3 in each phase with the connection of negative polarity for the a action 4 in each phase For example, the 20 conductors of the group a + are connected to the sections of winding in sequential order, 1, 2, 3, 4, but the corresponding conductors 20 of group a- are connected to the winding sections $ in the gold. dre sequential 2, 1,
4, 3. Thus, each winding section is connected to a conductor 20 having an outer position of low reactance and to a conductor 20 having an inner position of high reactance.
The reduction in imbalances between winding sections as a consequence of the invention can be best understood by referring to Figures 3 and 4. Figure 3 is a graph than based on theoretical calculations of relative reactance for arrangements of. Types of prior art tower transformer in which the conductors 20 are of the same length * Figure 4 is the graphical graph of a furnace utilizing the invention * The relative reactance of the conductors 20 in the groups of marl polarity is plotted auaai well to the figure
3 than in figure 4 on the y-axis with respect to the
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position of the conductors 20 in their respective sections on
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the x-axis and the reactance value for each position is denoted by the dots $ 810 g2, d3 64 above the groups *. Positions numbered 1-IT represent the allusion of conductors 20 close to the autM from left to right. Positions 1 and IV are the outer low reactance positions and positions 1x and III are the inner high reactance positions. The small rectangles 1 ++ 3 + 4 + and 1-2-3-4- are intended to represent end views of the 20 conductors which occupy the respective positions and the polarity and the winding section to which the conductors are each connected. are indicated by a suitable sign and number.
Figure 3 shows the prior art arrangement shown in Figure 1, in which the two conductors 20 connected to winding sections 1 and 4 occupy the outer low reactance positions and the two conductors connected to the winding sections 2 and 3 occupy the interior positions of large reactances.
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outer positions 1 and IV have a relative theoretical reactance do (points 61 and 64) and 1 * inner positions 11 and II have a relative theoretical reactance of 10 (points 92 and 63).
Thus, the maximum reactant imbalance of 05 indicated by x between the conductors 20 for any two winding sections is 2,
Figure 4 shows the arrangement transposed from Figure 2.
The indications of the conductors in each position Show that each winding section is connected to a conductor occupying an inner position 4 large reactance and to a
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conductor occupying an outer position with low reactance,, The result is that each winding section is connected to a conductor having a reactance of 10 and connected Ja, m other
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conductor having a reactance of 80 The average relative reactance of the conductors * 20 of all winding sections is thus 9 as indicated by triangles 86 and 87 in Fig. 4.
Thus, the reactance imbalance between winding sections resulting from the imbalance of the conductors.
20 has been reduced to zero by the practical ease of intention.
Formulas have been established to determine the internal connection arrangement between the winding sections and the conductors which decreases the reactance imbalance of windings having any given number of sections connected in parallel. The formulas can be set forth with reference to in figure 5 which is a simplified diagram for a phase of a transformer having a low voltage winding 12 with n circuits, connected to the conductors 13 which pass through the enclosure 15, and are connected to the conductors 20 which are divided into groups of the same polarity outside the transformer.
The winding sections will be arranged in a first predetermined sequential order with the section at one end of the sequence assigned to the number 1, and the other sections consecutively numbered In the example shown in Figure 5, the sections of windings are arranged one above the other with the uppermost section receiving the number 1.
The inner conductors 13 are arranged in a second predetermined sequence with the conductor of polarity transposed to one end of the sequence according to the number 1, and the other conductors of the same polarity being numbered, consecutively In the example shown in the figure 5, the conductors are arranged side by side with the least negative conductor bearing the number 1.
To reduce the imbalances of reactance of circuits connected in parallel which occur in the part of the circuits where the conductors 20 are separated in groups * of the same polarity,
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a connection (either negative or 'or positive) between the winding sec- tors and the internal conductors 13 must be transposed as follows, For all cases: n = the number of winding sections, + a = the group with the same positive polarity -a - the group with the same negative polarity and a number preceding a group of the same polarity, for example + 3a, indicates the third position in the group.
Case I: When "n" is an even number greater than 2, we will transpose a connection into a number of circuits (n + 2 - / 2 a) with the corresponding connection * of circuit of number (a), and we will transpose a connection in the circuit (n / 2 + a) with the corresponding connection in the circuit of number (n + 1) -a). When n / 2 is an even number, we will evaluate the above for a - 1, 2, 3, etc up to n / 4 When ± is an odd number, we will evaluate the above for a - 1, 2, 3 , etc ,, up to n + 2/4
Case II When "n" is an odd number greater than a, we will transpose a connection in the circuit of number (n + 3/2 -a) with the corresponding connection in the circuit of number (a) and we will transpose a connection in the circuit number (n + 1/2 + a)
with the corresponding connection in the number circuit (n + 1 -a) or We will transpose a connection in the number circuit (n + 1/2-a) with the corresponding connection * in the number circuit (a) and we will map a connection in the number circuit (n-1/2 + a) with the corresponding connection in the number circuit (n + 1 -a).
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When (ni) is an integer we will evaluate the preceding for a = 1, 2, 3, etc., up to n + 1/4
When (n + 1) / 4 is not an integer, we will evaluate what
4 precedes for a - 1,2, 3 until n + 3 a = 1, 2, 3 until n + 3/4
By using all the transpositions calculated * according to the preceding formulas, one can reduce the imbalances of reactance and current to a theoretical minimum in the arrangements of typical furnace transformers * where the conductors
20 groups of the same polarity are all the same length.
Reference numeral 90 in FIG. 5 indicates the connections which must be transposed according to the invention. (VS).
An example of how the above formulations are used is given below with reference to Figure 6, which shows the prior art connection arrangement for one phase of a furnace transformer. the low voltage winding 12 divided into six sections connected in parallel. The transpositions which must be made for a winding with six sections according to the previous formulas can be calculated as follows:
As the winding is divided into six sections, an * is an even number and the formulas applicable to case I must be used.
As ? is an odd number, the values for "a" are determined by the solution of (n + 2/4) which equals 2. This indicates that "a" has been evaluated for the values 1 and 2, Evaluating the formulas for case 1 for the values a "1 and a" 2 results in the following transpositions
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for a 1 (Eîâ) - *) - which must be transposed with 1, JJJ)) and jjt) (µ # a) 0 4s and which must be transposed with (n * 1 ma) "iN For 2 n + 2 2 which must be transported with 2 (This calculation indicates that Ion connections between bearing companies 3 64 lûa conductors 13 must remain inehanjnH and (? + <) '' 5t which must be tMnxpoaé ttvee (n + 1 -a) "it which must be transposed with (n + 1 (This calculation also indicated that the connections between the *. of winding 5 and the conductors 13 must remain i.
The calculations shown below reveal that the conductor coming from the) winding section 1 must be laid with the conductor, of corresponding polarity, proza the winding section 3 and the corresponding po3 | H conductor coming from the section it must be trsn with the conductor of corresponding polarity coming from section 6, and that the conductors coming from bearing section 2 and 5 must remain the same * This actuated arrangement has been shown in figure 7, which is identical to figure 6, except that the transpositions indicated below have been made ,, The graphs of Figures 8 and 9 are graphs of the relative reactance on the y-axis versus position of groups of the same polarity on the absfôjH axis and correspond to those of Figures 3 and 4 in this sense q show the reduction of the reactance imbalance by)
N to the prior art, obtained by practicing the invention for a transformer winding of six sections foN, Points 91-96 indicate the reactance JCNt
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conductors 20 in groups of the same polarity which occupy respective positions indicated by I - VI from left to right, and from all other points of view, the notations of figures 8 and 9 indicate the same as the corresponding notations of figures 3 and 4.
Figure 8 shows the prior art arrangement shown in Figure 6, where the conductors 20 connected to winding sections 1 and 6 occupy the lowest reactance positions, the conductors connected to the winding sections. winding 3 and 4 occupy the highest reactance positions * and the conductors connected to sections 2 and 5 occupy intermediate reactance positions, The maximum imbalance '97 indicated by y occurs between the outer winding sections (pointa 91 and 96) and the internal winding sections (pointa 93 and 94);
on the theoretical scale used the value of the imbalance is 10-6 + or between 3 and 4.
Figure 9 shows the arrangement shown in figure 7 in which we have made the transformations calculated previously The winding sections 1, 3, 4 and 6 are each connected to a conductor of an outside position (I or VI ) of react. minimum tance and to a conductor occupying an internal position (III or IV) of maximum reactance. The result is that four winding sections for which transpositions have been made have the same reactance as indicated by triangles 98 and 99 in Figure 9; the value of the reactance will be the average between that of positions 1 and VI (points 91 and 96) and that of positions III and IV (points 93 and 94).
Thus the maximum reactance imbalance 400 indicated by z will be 1 difference between the value for the winding sections
2 and 5 (not changed by the transpositions) and that of circuits 1, 3, 4 and 6 after the transposition, which is obvious. one hundred less than the value 97 indicated by y and obtained for the prior art arrangement of Figure 8.
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It has thus been shown that by putting the invention into practice, it is possible to make transpositions between the winding motions of the transformer and the output conductors of the transformer;
which will reduce the current and reactance imbalances in the winding circuits caused by the division of the outer conductors into groups $ of the same polarity located outside the transformer. Formulas have been presented * to determine the transpositions which will produce the results theoretical optimum, However,
It is to be understood that the invention is not related to these transpositions only as they are in accordance with the formulas. The invention includes arrangements whereof. the transpositions are not the same as those calculated as producing the theoretically optimum results since it may be advantageous in certain special cases to deviate from the calculated arrangements. The invention has the advantage that it allows the use of simple and direct connections between the rigid p and heavy bars used to carry the intense currents * that can be obtained in these
arrangements when conductors of the same polarity are split at the same time, the reactance and current imbalances caused by this type of arrangement. can be reduced to a minimum by using the transpositions described. The present invention also allows the continued use of the arrangement in which the internal conductors of opposite polarity are placed together to reduce imbalances within the transformer enclosure.
It will naturally be understood that while the tomes of the invention shown and described here constitute the preferred embodiments of the invention,
it is not intended to show the equivalent or variant forms here. For example, although the invention has been shown and described in accordance with
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referring to a furnace treneffomataur the tpëcitliwtwo one- * will take that i tnv * Jia & 1.o also relates to other typti such as de-rectifiers * It will also be understood that the met'9 nlili-Mû aim at description rather than ' a limitation of; î t,, iïin (, 14, jn tit that various roodifica- tiolis could have had * '-; p'rif 3MS atêcixrtér of the taprit and the scope of the invention t4llo qu * e3 ± posed here.
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