"Transformateur de puissance" <EMI ID=1.1>
tour de puissance comportant au moins deux enroulements concentriques disposés autour d'une branche de noyau.
Lors d'un court-circuit d'un transformateur du type défini ci-dessus , les enroulements sont soumis à des forces de court-circuit axiales et radiales . Les forces radiales pour les enroulements en dehors du champ de fuite principal sont toujours dirigées vers l'extérieur et pour les enroulements à l'intérieur du champ de fuite principal , elles sont dirigées vers l'intérieur , dans la direction de la branche du noyau. Les forces di-
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l'enroulement respectif , qui sont normalement faciles à prendre en considération ou à compenser . Les forces qui agissent radia-
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donné qu'elles tendent à réduire le diamètre de l'enroulement envisagé et, si l'enroulement par lui-même n'est pas suffisamment stable ou ne possède pas un support suffisant radialement vers
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ger l'isolant , de telle sorte qu'un court-circuit entre les spires d'enroulement apparait. Des enroulements avec des conducteurs en mince ruban métallique sont particulièrement difficiles à protéger contre les court-circuit s .Bien entendu , il est possible d'augmenter la raideur d'un tel enroulement en collant entre elles) les différentes spires mais, dans le cas de grands transformateurs de puissance , un tel procédé entraîne des difficultés du point de vue de la fabrication. En outre, les types de colles qui pourraient être utilisées à ce sujet n'offrent pas de résistance à long terme électrique parfaitement satisfaisante.
Plusieurs propositions ont été effectuées pour agencer un support pour l'enroulement interne intérieurement , c'està-dire entre cet enroulement et le noyau . A cause de l'élasticité de la matière de support, ce procédé ne peut pas totalement empêcher une déformation , mais uniquement en limiter l'ampleur.
Le but de l'invention est d'offrir un enroulement résistant aux court-circuits dans un transformateur du genre possédant au moins deux enroulements cylindriques approximativement
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fouille métallique mince. Ceci est obtenu grâce au fait que l'enroulement interne est supporté contre l'enroulement externe et est doté d'un cylindre de support externe de matériau métallique.
L'invention est basée sur le fait qu'un enroulement qui est soumis à une force dirigée radialement vers l'intérieur et qui présente un support externe l'entourant par rapport à un enroulement situé à l'extérieur et à cause de fait que l'espace
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Il est exact qu'il a été proposé précédemment de permettre à l'enroulement interne d'un transformateur de puissance de venir se supporter contre l'enroulement externe pour éviter
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121-123). Dans ce cas, il existe plusieurs rubas de support longitudinaux , agencés à une distance tangente l'un de l'autre , dans l'espace compris entre les enroulements interne et externe.
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question d'enroulements de ruban ou de bande, mais d'enroulements qui possèdent par eux-mêmes une relativement grande raideur.
Dans un enroulement de ruban, par exemple obtenu à partir de feuilles minces d'une épaisseur de 0,1 mm seulement , il n'est toutefois pas suffisant d'avoir un support vers l'extérieur , étant donné que l'effort annulaire engendré avec un court-circuit dans la spire la plus interne de l'enroulement est de commune mesure avec une longueur de déformation libre (correspondant à un certain défaut de rondeur de la spire de l'enroulement ) qui est bien inférieure aux valeurs qui peuvent Être atteintes avec les procédés de fabrication pratiques .
Suivant l'invertion, l'enroulement qui est soumis à une force dirigée radialement vers l'intérieur , est par conséquent doté d'un cylindre de support interne d'une épaisseur telle que l'effort annulaire dans le cylindre de support dans le cas d'un courant de court-circuit dans l'enroulement est inférieur à l'effort de déformation pour la longueur de déformation libre dans le cylindre de support qui correspond au défaut de rondeur tolérable maximum du cylindre de support. L'ampleur de ce défaut de ron-deur est déterminé en tenant compte des tolérances de fabrication' nécessaire.
En réalisant le cylindre de support en un matériau possédant un module d'élasticité relativement élevé , de préférence du métal , on parvient à plusieurs avantages très importais qui seront décrits plus en détail ci-après. Lors de la fabrica tion d'un transformateur suivant l'invention , il est extrêmement avantageux de co-bobiner les deux enroulements utilisés avec une précontrainte de traction. En soumettant à une précontrainte un enroulement qui est soumis à une force dirigée radialement vers l'intérieur (l'enroulement interne) , on peut parvenir à une pression radiale d'une amplitude telle qu'une absence de jeu soit assurée malgré le fait que le conducteur n'est habituellement pas parfaitement plan lorsqu'il est bobiné.
En mettant sous pré-contrainte l'enroulement extérieur , on obtient l'avantage que le support dans l'espace intermédiaire compris entre les enroulements conserve sa fonction de support môme lors de l'apparition du court-circuit , alors que l'enroulement externe tend à augmenter en diamètre et l'enroulement interne à un diminuer . Au cours
de la fabrication , l'enroulement interne est utilement bobiné
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Ensuite, par exemple, une natte de rubans est enroulée sur une spire (d'une autre façon , par exemple, une pellicule de matière plastique peut etre enroulée sur plusieurs spires) , en établissant ainsi la distance entre les enroulements. L'enroulement externe est alors bobiné directement à l'extérieur de cette natte
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samment grand pour que l'effort de compression moyen dans l'enroulement interne soit supérieur à l'effort moyen lors d'un court-circuit , aucun jeu ne survient dans l'espace cylindrique compris entre les enroulements au cours du court-circuit.
Il peut également être avantageux de choisir une répartition différente de la précontrainte , par exemple une faible précontrainte sur l'enroulement interne et une précontrainte élevée sur l'enroulement externe. Ceci peut conduire à une précontrainte de compression résultante dans la cylindre de sup-
<EMI ID=13.1> compression résultante dans l'enroulement interne.
Dans un enroulement de ruban d'aluminium précontraint interne , le cheminement peut entraîner une diminution progressive de la précontrainte et éventuellement sa disparition complète après un certain temps prolongé. Suivant une autre variante de l'invention , ceci peut être évité en agençant , en tant que support pour l'enroulement dans le sens externe , un cylindre de support divisé axialement qui vient en contact avec l'ensemble de la périphérie externe de l'enroulement , ce cylindre étant de préférence fait de métal et étant supporté à son tour contre l'enroulement situé à l'extérieur du premier enroulement
à l'aide de/rubans longitudinaux agencés à une certaine distance l'un de l'autre. L'enroulement externe est bobiné sur ces rubans avec une précontrainte de traction et il possédera par conséquent une section transversale polygonale , étant donné que les sections de l'enroulement situées entre les ruban deviennent rectilignes.Lors de l'apparition d'un court-circuit , l'enroulement externe tendra à prendre une forme circulaire, de telle sorte que les sections d'enroulement rectilignes seront influencées
par une force dirigée vers l'extérieur , tandis que les coins
du polygone subissent une force dirigée vers l'intérieur qui transmise , par les rubans précités , au cylindre de support externe de l'enroulement interne.
Dans un transformateur suivant l'invention, avec un cylindre de support en matière conductrice de l'électricité , il convient d'établir le cylindre avec une longueur axiale supérieure à la longueur moyenne des enroulements. De la sorte, une commande des courants de Foucault du champ magnétique est obtenue
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centration du courant dans la zone interne des parties d'etrémité de l'enroulement interne. Il est exact que cette façon de com-
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vet aix Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3.142.029).
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
lesquels La figure <1> est une vue en coupe d'un noyau de trans-
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La figure 2 est une vue en coupe d'un anneau sous charge de pression externe pour le calcul du défaut de rondeur initial admissible au maximum de l'anneau pour tenir compte du danger de déformation ou courbure. La figure 3 est une vue en coupe de l'encoche isolante dans le cylindre de support de l'enroulement interne. La figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'une branche de noyau avec deux enroulements. La figure 5 est une vue m coupe partielle d'une branche de noyau avec une autre conception de l'enroulement. La figure 6 illustre des détails d'un agencement modifié des enroulements. La figure 1 est une vue en coupe transversale d'une branche 1 d'un noyau en fer pour un transformateur de puissance. La branche de noyau 1 est entourée par un enroulement interne 2 et un enroulement externe 3. Ces enroulements sont des enroulements dits de bande ou ruban .
Dans.de tels enroulements , le conducteur est constitué par une bande (ou feuille mince) par exemple d'aluminium , qui est isolée d'une façon appropriée. L'épaisseur de la bande peut par exemple se situer entre 0,1 et . 1,5 mm.
Les enroulements 2,3 sont agencés coaxialement avec un espace cylindrique intermédiaire rempli par une natte de rubans 4. Celle-ci peut être constituée par des rubans massifs ou creux , par exemple en matière plastique renforcée par des fibres de verre ou en presspahn . D'une autre façon , cet espace peut être rempli par un cylindre massif.
L'enroulement interne 2 est bobiné sur un cylindre de support 5, par exemple fait d'aluminium, qui est nettement plus épais que le conducteur de l'enroulement interne. Le conducteur est fixé au cylindre de support , qui fait alors partie de la barre terminale interne de l'enroulement. Le cylindre de
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chant donc la circulation d'un courant de court-circuit dans le cylindre.
Lors d'un court-circuit imposé au transformateur , l'enroulement externe 3 sera influencé par une force dirigée ra-
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ce dirigée radialement vers l'intérieur. L'enroulement externe 3 conservera alors sa forme rende . Etant donné que l'enroulement interne est supporté par l'enroulement externe de toute part , l'enroulement interne ne peut se déformer que si le cylindre de support présente à l'origine un défaut de rondeur , car les deux enroulements externe et interne ne peuvent pas se déformer ou s'incurver si la raideur radiale dans l'enroulement est suffisamment grande, étant donné que l'effort tangent intégré total est nul .
En utilisant le cylindre de support 5, qui ne doit pas être particulièrement épais , l'enroulement peut etre réalisé avec les tolérances de fabrication courante sans danger de déformation. Ceci ressort clairement des formules (1) et (2) ciaprès , la signification des désignations utilisées résultant
de la figure 2.
La figure 2 est une vue en coupe d'un anneau qui est chargé par une pression dirigée radialement vers l'intérieur p, qui est répartie uniformément. On admettra que l'anneau est supporté extérieurement par un autre anneau qui conserve sa forme ronde . Une déformation ou une courbure de l'anneau interne n'est alors possible que s'il existe un défaut de rondeur à l'origine. L'amplitude de cette absence de rondeur c (l'écart admissible au maximum par rapport à une forme circulaire et la longueur de ce- <EMI ID=19.1>
près les formules suivantes
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de court-circuit maximum (dans le sens tangent) .
Pour un anneau de rayon R - 220 mm, avec une épais-
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min
défaut de rondeur c � 0,024 mm.
Si l'on augmente au contraire l'épaisseur radiale jusqu'il h = 4 mm, on obtient une longueur de déformation libre
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précédent.
Le premier exemple correspond à un enroulement de bande avec une épaisseur cb conducteur de 0,1 mm sans cylindre de support, tandis que le second exemple correspond à un enroulement de bande avec un cylindre de support d'une épaisseur de
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formateur faits de bande de feuille métallique mince , supportée sur toute leur périphérie externe , il est également nécessaire d'avoir un cylindre de support interne, étant donné que des défauts de rondeur aussi faibles que 0,024 mm (suivant le premier exemple ) ne peuvent pas être atteints avec des procédés de fabrication pratiques. Comme il est clair d'après le second exemple, toutefois, un tel cylindre de support ne doit pas être particulièrement épais. Par comparaison avec les constructions de la technique antérieure , par conséquent , un transformateur suivant l'invention peut être réalisé avec un plus petit diamètre d'enroulement , ce qui entraîne des gains considérables dans le prix de revient .
En outre, la circulation d'un agent de refroidissement dans l'espace compris entre l'enroulement interne et le noyau est améliorée, étant donné que le cylindre de sunport ne doit plus possédr de supports internes qui constituai: une emprise sur cet espace dans une mesure appréciable.
Avec les formules indiquées comme point de départ, <EMI ID=27.1>
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avec k une constante comprise utilement entre 0,5 et 5.
La figure 3 représente une façon dont l'encoche i- <EMI ID=29.1>
plusieurs couches de bande de fibres de verre 7 ou analogues sont appliquées autour des extrémités de joint 5a, 5b du cylindre de support, ces extrémités étant fixées l'une contre l'autre au moyen de v is 8a, 8b agencées dans un ruban isolant longitudinal
9. L'extrémité interne 2a de l'enroulement de bande est fixée par soudage le long d'une extrémité de joint 5a du cylindre , où les vis 8a sont serrées après l' application de l'enroulement de bande 2. A cause de l'effort de traction dans le conducteur en bande, les extrémités de joint du cylindre sont alors pressées l'une contre l'autre et comprimeront 1 ' intervalle: isolant 6 , ce qui est favorable du point de vue mécanique . La forme en sec-
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le ruban ne doit pas provoquer une augmentation quelconque du diamètre de l'enroulement.
La figure 4 est une vue en coupe d'une branche 1 d'un noyau de transformateur avec des culasses supérieure et inférieure 10 et 11, respectivement. La branche de noyau 1 porte <EMI ID=32.1>
on a bobiné un enroulement en bande interne 2 et à l'extérieur de celui-ci un enroulement externe 3. L'espace cylindrique 4 compris entre les enroulements est rempli par une matière isolante solide. Le cylindre de support 5 a une plus grande longueur axiale que les enroulements 2 et 3. De la sorte, le cylindre de support aux extrémités des enroulements agira en tant qu'écran ou blindage électrique , ce qui réduit la composante radiale du flux magnétique de telle sorte que la concentration de courant sur le bord interne des parties d'extrémité de l'enroulement de bande interne 5 est réduit.
La figure 5 représente une partie d'une vue en cou- <EMI ID=33.1>
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te également un cylindre de oupport externe 12. Les cylindres 5 et 12 sont de préférence faits de métal et le cylindre externe
12 est convenablement divisé suivant la direction longitudinale
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l'une peut utilement servir de conducteur terminal externe pour l'enroulement interne 2. Le cylindre 12 est supporté contre l'enroulement externe 3 grâce à des rubans longitudinaux 13 disposés
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rubans 13 avec une précontrainte en traction , ce qui donne donc
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sections d'enroulement entre les rubans sont influencées par des forces dirigées vers l'extérieur , tandis que les coins du polygone sont influencés par des forces dirigées vers l'intérieur ,
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vers l'intérieur sont transmises par les rubans 13 et le cylindre de support 12 à l'enroulement interne. Ceci augmente la friction entre les spires de l'enroulement interne, avec pour résultat une construction rigide.
Dans les transformateurs présentant des conducteurs
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roulement interne une plus grande longueur axiale qu'à l'enroulement externe. Etant donné que l'enroulement interne a habituelle ment une plus faible tension par rapport à la terre ou à la
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tre amené plus loin vers la culasse, l'espace disponible pour l'enroulement étant donc utilisé d'une meilleure façon. En même temps, le flux de fluide magnétique apparaissant à l'extérieur des extrémités de l'enroulement est commandé , ce qui réduit
les pertes supplémentaires dans les enroulements. Afin d'éviter une déformation ou une courbure locale des spires les plus extérieures dans la partie de l'enroulement interne située axialemcnt � l'extérieur de l'enroulement externe , un renforcement annulaire 14 est convenablement agencé autour de chaque extrémi- <EMI ID=42.1>
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d'une matière en forme de bande et, étant donné qu'il ne doit pas y avoir d'intervalle entre l'enroulement interne 2 et l'anneau 14, ce dernier est utilement bobiné directement � sa posi� tion autour de l'enroulement 2, Ion différentes spires étant collées entre elles. Le renforcement annulaire 14 est avantageusement fait d'une matière qui se rétrécit et qui est isolante, par exemple du presspahn . La raideur du renforcement annulaire
14 doit Pire très supérieure à celle d'une section longitudinale correspondante du cylindre de support 5.
Dans la forme de réalisation illustrée à la figure 6, le renforcement annulaire 14 est agencé à une certaine
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occupée par des anneaux de blindage ou d'écran 15. Pour offrir un support à l'enroulement interne 2 dans cette zone, les rubans
13 dans l'espace compris entre les enroulements interne et externe sont prolongés jusqu' à l'extrémité de cet enroulement interne 2.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.
Par exemple , il peut y avoir plus de deux, -par exemple six enroulements sur chaque branche de noyau et ce n'est pas uniquement l'enroulement le plus interne qui peut être soumis à une force dirigée radialement vers l'intérieur. En outre, à la fois des enroulements en bande et des enroulements de conception classique peuvent être présents sur un meme transformateur . L'invention envisage également le cas où un enroulement en bande qui est soumis à un effort de déformation ou de courbure , vient en contact direct avec un enroulement situé à l'extérieur de celui-ci, sans aucun espace intermédiaire .
REVENDICATIONS
1. Transformateur de puissance , comportant au moine deux enroulements concentriques approximativement cylindriques
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interne est constitué par une bande ou feuille mince, caractérisé en ce que l'enroulement interne est supporté contre l'enroulement externe et est doté d'un cylindre de support interne en matériau métallique.