EP0081446B1 - Procédé et dispositif de bobinage des enroulements inductifs équipant les appareils électriques, tels que les transformateurs - Google Patents

Procédé et dispositif de bobinage des enroulements inductifs équipant les appareils électriques, tels que les transformateurs Download PDF

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EP0081446B1
EP0081446B1 EP82440037A EP82440037A EP0081446B1 EP 0081446 B1 EP0081446 B1 EP 0081446B1 EP 82440037 A EP82440037 A EP 82440037A EP 82440037 A EP82440037 A EP 82440037A EP 0081446 B1 EP0081446 B1 EP 0081446B1
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EP
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wire
speed
winding
winding support
diameter
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Miguel Vazquez
René Bildé
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France Transfo SAS
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France Transfo SAS
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/06—Coil winding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H54/00—Winding, coiling, or depositing filamentary material
    • B65H54/76—Depositing materials in cans or receptacles
    • B65H54/80—Apparatus in which the depositing device or the receptacle is rotated
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/06—Coil winding
    • H01F41/096—Dispensing or feeding devices

Definitions

  • the present invention is in the field of construction of inductive electrical devices, in particular of the static type, such as transformers.
  • the invention relates to the realization of the winding of inductive windings equipping the aforementioned devices and especially, but not exclusively, the winding of medium or high voltage windings of transformers.
  • these added insulating layers have essentially two functions: on the one hand, to avoid breakdowns between turns which are electrically distant from one another, but immediately adjacent to two adjacent layers, when applied to the entry of the 'winding nominal working voltage; on the other hand and above all, to ensure good resistance during sudden overvoltages due, for example, to lightning strikes.
  • shock wave tests which consist in applying to the input of the transformer a voltage wave with steep edges of very short duration and very high amplitude, are, in in certain cases, carried out under a contractual voltage more than five times higher than the nominal voltage of the transformer.
  • the breakdown threshold tests in normal operation are carried out at a voltage only twice the nominal voltage.
  • the invention aims to achieve a winding structure in which the capacities in parallel, responsible for the above-mentioned concentrations of electrical stresses, are sufficiently reduced to obtain a substantially uniform and linear damping of the voltage along the winding.
  • the winding structure according to the invention is of the type proposed in documents FR-E-26143 or SU-A-173283 which describe machines for winding a wire, around and along a winding support, in stacked wafers each consisting of a flat spiral coil which develops alternately radially in the centrifugal direction then in the centripetal direction when moving from one wafer to the next.
  • the object of the invention is to produce a winding of the aforementioned type under industrial production conditions.
  • the wire is imparted a relative rotational movement around the winding support by rotating the latter around its axis.
  • the speed V of feeding the wire into the reception space is kept constant and the speed W is regulated; of the relative movement of winding the wire around the winding support as a function of the rank of the whorl in formation according to the following relation:
  • the invention is based on the well-known kinematic law which links the linear speed and the angular speed of a circular movement as a function of the radius of the trajectory.
  • the invention applies this law by operating a synchronism between the speed of feed of the wire and its speed of winding in turns, synchronism adjusted to impose a desired and predetermined value on the diameter of the turn in formation by modulating one speeds relative to the other kept fixed.
  • this value is regulated in time during the winding to reach a winding arranged in a stack of wafers each constituted by a spiral flat coil which develops radially alternately in the centrifugal direction and in the centripetal direction when passing from one cake to the next.
  • the invention achieves a winding method capable of meeting the criteria specific to industrial production techniques, otherwise difficult to envisage, at least in the current state of knowledge, to obtain the ideally ordered winding structure mentioned above.
  • the apparatus of FIG. 1 is made up of a winder 1 controlled by a programmable automaton 2 via a control unit 3.
  • the winder comprises a frame 4 whose upper flat part constitutes a work table 5.
  • This comprises a horizontal plate 6 and supports an assembly 7 movable in vertical translation on two guide columns 8, 8 'fixed in a double yoke 9 .
  • the plate 6 is driven in rotation on its vertical axis 10 by a belt 11 driven by a pinion 12 and forming a reduction torque actuated by a variable speed motor (Mp) 13 retracted into the frame.
  • Mp variable speed motor
  • a cylindrical body 14, constituting the winding support, is placed vertically on the plate 6 while being centered on the axis of rotation 10.
  • the winding support 14 is surrounded at a distance by a coaxial sheath 15 defining between them an annular space 16 intended to receive the winding.
  • This space is closed at its base by the surface of the plate 6 and its upper end is left open for the introduction of the electric wire to be wound.
  • the moving element 7 constitutes a unit for feeding this electric wire, visible at 17, into the winding space 16 from a conventional reel, not shown so as not to overload the figure unnecessarily.
  • the front face 41 comprises two identical pairs of rollers 19, 19 'arranged one above the other and driving, by means of two guide belts 20, 20', the wire 17 from the top to the bottom in the direction indicated by the arrow.
  • the rear vertical face 21 of the housing is equipped with two sleeves 22, 22 'sliding on the columns 8, 8' and a threaded ring, not visible, taken in a vertical endless screw 23. This screw is driven by a motor (Mg) 24 ensuring the height adjustment of the mobile assembly 7 and mounts on a platform 25 fixed to the end of the columns 8, 8 ,.
  • Mg motor
  • rollers 19, 19 ′ are actuated in rotation by a variable speed motor (Mf) 26 fixed to the rear of a support flange 27 placed between the front 41 and rear 21 faces of the crew 7.
  • Mf variable speed motor
  • the front face of the flange carries the members for transmitting the movement by gear reduction, comprising, as can be seen, a belt 28 connecting a small driving pinion 29 to a driving pinion 30, which, by a set of non-gears visible, activates the upper rollers 19 which, in turn, drive the lower rollers thanks to the belts 20 and 20 '.
  • the flange 27 is attached at a distance to the front face 41 using fixing spacers 31. Furthermore, the front face 41 is itself held between two horizontal plates 32 respectively upper 32 and lower 33 produced by folding the rear 21.
  • each plate 32, 33 has at its front end a substantially vertical tube, respectively 34, 35, for guiding the electrically conductive wire 17.
  • the guide tube 34 of the upper plate constitutes a means of receiving the wire from the reel (not shown) and delivers it, at its lower opening, at the entrance to the set of drive rollers 19, 19 'between the strands inside of the conveyor belts 20, 20 '.
  • the guide tube 35 is centered at the outlet of the set of rollers, from which it receives the wire 17 by its upper open end and delivers it by its lower end.
  • This opens into the reception space 16 by printing on the wire a tangential trajectory preformed in a turn thanks to its end portion 36 bent horizontally in the direction of rotation of the plate 6 and folded in the direction of the axis 10 of the tray by marrying the curvature of the space 16.
  • this terminal part 36 has a double curvature in "S" whose shape and role will be specified at the end.
  • This set is completed by three tachometers 37, 38 and 39 each equipping a motor, and an incremental encoder 40 mounted at the end of the motor shaft (Mf) 26 for driving the wire.
  • an electrical connection box symbolized at 58 on the blank of the chassis 4, connects the winder to its annexes, which are the control unit 3 and the programmable controller 2 controlling the whole.
  • the keyboard 42 for entering the operating parameters of the winder has been shown diagrammatically, and at 43 the screens for displaying the operating characteristics.
  • This automaton has been programmed to enable it to control the operation of the winder in accordance with the method according to the invention and which will be described later.
  • the control unit 3 comprises three sub-assemblies 44, 45 and 46 which represent electronic speed variators controlling the running of the motors of the winder. As can be seen in detail in FIG. 2, these variators are each constituted by a regulation loop comprising a comparator 47, 48, 49, the output of which is connected. to the engine and one input of which is connected to the tachometer of the engine in question and the other input receives a setpoint representative of the speed to be applied to said engine.
  • the respective setpoints of the motors (Mp) 13 and (Mg) 24 are developed by the programmable controller 2 after shaping the signals in digital to analog converters 50.51, while for the wire drive motor (Mf) 26, the setpoint is provided by a manual speed selector 52.
  • This selector is a potentiometer with studs allowing the speed of the motor to be adjusted to a reference value chosen in advance.
  • the automaton 2 receives on these “control process” inputs, on the one hand, a signal (F) representative of the speed of the motor (Mf) 26 for driving the wire supplied by the incremental encoder 40 and, d on the other hand, two signals (P) and (H) representative, at each instant, of the number of turns carried out respectively by the motor (Mp) 13 for driving the plate 6 and the motor (Mg) 24 for adjusting the height of the moving part 7, these two signals being provided by integrators 53 and 54.
  • the preliminary operation consists in centering the winding support 14 on the rotary plate 6 and in anchoring the wire 17 by its free end at the base of this support by any suitable means, for example using a simple slot provided in support 14.
  • the coaxial sheath 15 is then placed around the support 14 as shown in FIG. 1 to laterally confine the receiving space 16 of the winding to be produced. Then the movable element 7 is positioned laterally to place the guide tube 35 midway between the support 14 and the sleeve 15, and the movable element 7 is positioned in the low position so that the bent end 36 of the tube guide 35 opens in the vicinity of the anchor point of the wire 17.
  • the operator enters the operating constants into the machine 2 via the keyboard 42 on the front of the latter.
  • ai is an integer variable indicating the desired rank of the i th turn in the wafer being formed in the reception space 16 and counted from the winding support 14, the increment i going therefore from 1 to n, and vice versa.
  • the values taken by the discrete variable a i are obtained continuously by the remainder (r) of the division between the values of the signal (P) and the signal (H), either directly if (H) is odd, or by the complement to n, if (H) is of even order.
  • the feed speed V of the wire is a variable calculated by the automaton 2 from a reading of the signal (F) received by the incremental encoder 40 equipping the motor ( Mf) 26.
  • the enslavement of W to ai imposed by the automaton 2. as a function of V provides control of the diameter of the whorl in formation and therefore makes it possible to wind a first spiral wafer from from the inside, then, when the number n of turns is reached, a second wafer spiraled this time from the periphery, and which arises on the previous one and so on until the maximum number G of pancakes allowed.
  • the data G is determined as a function of the diameter "d" of the wire so as to fill the reception space 16 to 4/5 approximately.
  • the automaton 2 via the speed controller 44 (fig. 1), orders the motor (Mg) 24 to mount the unit 7 for feeding the wire d 'a height equal to the diameter of the latter.
  • the motor (Mg) 24 to mount the unit 7 for feeding the wire d 'a height equal to the diameter of the latter.
  • one of the determining aspects of the invention resides in the fact that the wire 17 is, not pulled by the rotating winding support 14, but pushed by the supply system 7, said thrust cooperating with the winding action so as to translate, at the level of the whorl being formed, by a radial force, the direction of which - centrifugal or centripetal, as well as the intensity, depend on the degree of advancement of the winding.
  • This effort gives said turn the desired diameter appropriate to the place, that is to say the rank assigned to it within the flat wafer in formation.
  • This figure illustrates an example of winding according to the invention comprising six turns per wafer.
  • the total number Nt of turns of the winding, the row ai of each turn in its wafer and the number G of wafers in the winding were placed on the abscissa, successively from the upper coordinate system.
  • the average shape of the curve representative of W over the period represented is that of two symmetrical hyperbolic sections placed end to end: the first section of decreasing slope corresponds to the "centrifugal" type formation of the first wafer , the next section, of increasing slope, represents the "centripete” type formation of the second wafer.
  • the curve is formed of successive steps with variable height offsets reflecting the discrete variations in the speed of rotation of the plate occurring during the passage from one turn to the next in the same pancake.
  • test winding in accordance with the invention easily supports voltage pulses going over 200 kV.
  • the invention in its most general sense, involves two separate operations having kinematics of a relative nature: the winding of the turns on the one hand, and the enslavement between the speed of said winding and the wire feed speed, on the other hand.
  • the winding of the coils can in fact be achieved, not only by the rotation of the winding support, the point of supply of the wire being fixed in space, but also, and in an equivalent manner, by preserving the support of stationary winding and rotating the wire around.
  • This can be achieved, for example, by means of a wire feeding unit, such as 7, which is designed as a pivoting turret centered above the plate.
  • the enslavement to be made between the winding speed of the turns and the wire feeding speed can be achieved, not only by modulating the winding speed W, the feed speed V being kept constant, but also, and in an equivalent manner, by fixing the feed speed at a determined reference value and by regulating the feed speed of the wire.
  • Figure 4 - analogous to Figure 3- shows the shape of the curve representative of the variations to be given to the speed V of the wire feed when that of winding W of the turns is kept constant.
  • each segment is in fact made up of a succession of landings connected by equal vertical portions, corresponding to the speed increment of 2dW to be added (or subtracted) to the wire feed speed when '' we go from one turn to the next on the same cake.
  • the device described above comprises means enabling it to operate either at a constant feed speed V of the wire, or at a constant winding speed W of the turns.
  • These means consist of a selector with two positions 55, making it possible to connect the incremental encoder 40 to one or the other of the motors (Mf) 26 or (Mp) 13, and by an inverter 56, the transfer to the left of which relative to its position shown in FIG. 2, makes it possible to apply the speed reference (R) to the input of the comparator 48 of the engine (Mp) 13 and to connect the comparator 47 of the engine ( Mf) 26 to converter 50.
  • a general switch 57 is provided on the automaton 2 allowing the control of these means at the same time as the passage from one walking program to another depending on the choice of speed, V or W, which is kept constant.
  • the possibility of adjusting the height of the supply unit 7 cannot, in all rigor, constitute an essential characteristic of the invention.
  • it has the utility, as already said, of delivering the wire into the reception space in the vicinity in height of the place where the turns are deposited and thus contributes, by minimizing the time between the moment of formation of the turn and its removal within the wafer in constitution, to improve the order of the arrangement of the turns in the particular structure of the desired winding.
  • Another arrangement which is not essential but which also makes it possible to minimize the expansion coefficient, lies in the folded and bent shape of the terminal part 36 of the guide tube 35 for feeding the wire.
  • This arrangement provides a substantially tangential introduction of the wire into the reception space and consequently makes it possible to preform the wire into a turn which fits into the annular space 16.
  • the location of the guide tube 35 at mid-distance between the winding support and the outer sheath makes it possible to give this turn an average diameter, which also tends to improve the quality of the storage of the turns.
  • Another alternative embodiment making it possible to get even closer to the ideal winding structure consists in providing a mechanism for lateral displacement of the tube 35 (possibly of the movable assembly 7 for feeding the wire) to control the position of its end. outlet to the diameter of the whorl being formed so as to deliver the wire into the receiving space at a point located directly above the location for depositing each whorl.
  • sheath 15 used to delimit the size of the winding may advantageously be a permanently placed cardboard ferrule, which will also serve thereafter to isolate the winding from the mass of the destination tank. final.
  • a particularly interesting aspect of the invention therefore resides in the fact that it makes it possible to directly produce a complete transformer element which can be placed on its magnetic core, without preparation or modification of any kind, except that the where appropriate, the installation of the usual clamping discs at the ends of the winding, although one of them may advantageously be provided initially at the base of the receiving space when the support of the winding and sheath on the winder table.
  • the invention is entirely compatible with the installation, if desired, of a winding cooling system. This poses no problem not mastered, because it is easy to insert cooling channels between the wafers by introducing perforated discs, during winding by momentary stops of the winder.
  • the invention can be implemented with smallest diameter wires up to values greater than 10 mm.
  • Windings can be carried out without difficulty at high speed (ie several hundreds of revolutions / min), each wire diameter having of course its optimum winding speed or range of winding speed that the skilled person will quickly be able to determine if he wishes to implement the invention at the best productivity conditions.
  • a 0.9 mm diameter copper wire can be perfectly accommodated with peak speeds of rotation of the plate of around 400 rpm.
  • the invention is preferably, but not limited to, applied to high and medium voltage windings of transformers.
  • the invention is not limited to this application, but extends to the production of electrical windings intended for any inductive device, in particular of static type, having a large number of turns usually organized in long concentric layers.
  • the invention can use electrically conductive wires to be wound in different formats (round, square, rectangular) and different sizes.
  • the invention also covers the production of windings of windings both with a single wire and with multiple wires. Likewise finally, the operator remains free as to the choice of the operating parameters of the winding device, in particular as to the choice of the reference speed, which he will be able to predetermine according to his wishes or necessities.

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Description

  • La présente invention se situe dans le domaine de la construction d'appareils électriques inductifs, notamment de type statique, tels que les transformateurs.
  • Plus précisement, l'invention concerne la réalisation du bobinage des enroulements inductifs équipant les appareils précités et spécialement, mais non exclusivement, le bobinage des enroulements moyenne ou haute tension des transformateurs.
  • On sait qu'une pratique courante de bobinage des enroulements des transformateurs consiste à enrouler un ou plusieurs fils électroconducteurs, généralement en cuivre, autour et le long d'un support d'enroulement selon une structure de type ""solénoïde" à spires jointives formant une couche annulaire. Généralement, on reproduit cette opération élémentaire plusieurs fois de suite pour aboutir à un enroulement complet dont l'agencement se présente sous la forme d'une bobine cylindrique composée de plusieurs couches annulaires concentriques.
  • On sait également, qu'en plus du gainage d'origine du fil de cuivre par une pellicule de vernis isolant, on est amené, au cours du bobinage, à interposer entre les couches concentriques des nappes de séparation en matériau isolant de l'électricité, généralement à base de feuilles de papier.
  • On rappelle que ces nappes isolantes rapportées ont essentiellement deux fonctions: d'une part, éviter des claquages entre spires électriquement éloignées l'une de l'autre, mais immédiatement voisines sur deux couches adjacentes, lorsqu'on applique à l'entrée de l'enroulement la tension de travail nominale; d'autre part et surtout, à assurer une bonne tenue lors de surtensions brutales dues, par exemple, aux coups de foudre.
  • A cet égard, les essais habituels de simulation, dits "essais aux ondes de choc", et qui consistent à appliquer à l'entrée du transformateur une onde de tension à fronts raides de durée très brève et de très forte amplitude, sont, dans certains cas, menés sous une tension contractuelle plus de cinq fois supérieure à la tension nominale du transformateur. Comparativement, les essais de seuil de claquage en fonctionnement normal s'opèrent à une tension seulement double de la tension nominale.
  • On comprend, au travers de ces quelques indications chiffrées, que l'isolation inter-couche à prévoir pour la tenue aux ondes de choc doit aller bien au-delà de celle qui serait nécessaire lorsque l'appareil se trouve dans les conditions normales d'exploitation et qui souvent pourrait être satisfaite par le seul conditionnement du fil conducteur.
  • Il est connu que ces contraintes résultent du fait que les enroulements présentent aux ondes de tension à fronts raides une prédominance capacitive ayant pour origine un réseau relativement complexe de capacités en série et de capacités en parallèle.
  • On a pu ainsi mettre en évidence que ces dernières conduisent à une distribution initiale de forme exponentielle de la tension le long de l'enroulement, avec un gradient de tension très accentué sur les premières spires proches de l'extrémité de l'enroulement qui 'reçoit l'onde de choc.
  • On comprend donc tout l'intérêt de pouvoir prendre des mesures pour éviter une isolation surabondante. A cet effet, l'invention vise à parvenir à une structure d'enroulement dans laquelle les capacités en parallèle,responsables des concentrations de contraintes électriques précitées, soient suffisamment réduites pour obtenir un amortissement sensiblement uniforme et linéaire de la tension le long de l'enroulement.
  • La structure d'enroulement selon l'invention est du type de celle proposée dans les documents FR-E-26143 ou SU-A-173283 qui décrivent des machines pour enrouler un fil, autour et le long d'un support d'enroulement, en galettes empilées constituées chacune par une bobine plate spiralée qui se développe radialement alternativement dans le sens centrifuge puis dans le sens centripète quand on passe d'une galette à la suivante.
  • Le but de l'invention est de réaliser un enroulement du type prémentionné dans des conditions de production industrielle.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un précedé de bobinage des enroulements inductifs équipant les appareils électriques, notamment les appareils statiques, tels que les transformateurs et constitués par au moins un fil électroconducteur enroulé autour et le long d'un support d'enroulement en galettes empilées constituées chacune par une bobine plate spiralée qui se développe radialement dans le sens centrifuge puis dans le sens centripète quand on passe d'une galette à la suivante, procédé selon lequel:
    • - on dispose le support d'enroulement verticalement et on l'entoure à distance d'un fourreau coaxial de manière à ménager entre eux un espace annulaire de réception du fil, et dont le fond est obturé au moins temporairement,
    • - on introduit le fil électroconducteur dans ledit espace par le haut et on fixe l'extremité du fil dans le fond de l'espace, de preférence sur le support d'enroulement,
    • - puis, afin de déposer le fil sous forme de spires de diamètre voulu, on amène en continu le fil dans l'espace de réception avec une vitesse linéaire V(en m/s) tout en lui imprimant un mouvement relatif de rotation autour du support d'enroulement avec une vitesse angulaire W (en tours/s), ces deux opérations étant effectuées conjointement, l'une des deux vitesses étant réglée à une valeur de consigne et l'autre, variable, étant réglée de façon à respecter à tout moment la relation suivante:
      Figure imgb0001

    où D représente le diamètre du support d'enroulement (en m) et d représente le diamètre du fil (en m) (voir FR-E-26143), caractérisé en ce que l'amenée du fil et le mouvement relatif autour du support d'enroulement se réalisent à l'aide de deux moyens moteurs indépendants entre eux, en ce que l'on compte à tout instant le nombre de rotations réalisées entre le fil et le support d'enroulement pour en déduire le rang ai de la spire en formation, ai étant une variable à valeur entière, en ce que l'on détermine, à l'aide de moyens de calcul rapide, ladite vitesse variable, et en ce que l'on actionne en conséquence le moyen moteur dont dépend la vitesse variable afin que ladite relation soit à tout instant respectée.
  • Conformément à une mise en oeuvre préférée, on imprime au fil un mouvement relatif de rotation autour du support d'enroulement en faisant tourner ce dernier autour de son axe.
  • Conformément à une autre variante préférée de mise en oeuvre, on maintient constante la vitesse V d'amenée du fil dans l'espace de reception et on régule la vitesse W; du mouvement relatif d'enroulement du fil autour du support d'enroulement en fonction du rang de la spire en formation selon la relation suivante:
    Figure imgb0002
  • L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, dans lequel une bobineuse comporte:.
    • - un plateau horizontal pouvant être entraîné en rotation à vitesse variable autour de son axe vertical par un moteur d'entraînement Mp, ce plateau étant destiné à recevoir le support d'enroulement et le fourreau coaxial entourant ce dernier à distance en définissant entre eux un espace de réception du fil;
    • - une unité d'amenée du fil dans l'espace de réception, placée au dessus du plateau et présentant, d'une part, un système d'entraînement du fil et, d'autre part, un tube pour guider le fil depuis sa sortie dudit système d'entraînement, ladite unité étant mobile en translation verticale (voir FR-E-26143); dispositif caractérisé en ce que le fil est entraîné par un moteur Mf distinct du moteur Mp entrainant le plateau; en ce que le tube de guidage du fil est disposé sensiblement vertical dans l'espace de réception; en ce que la translation verticale de l'unité d'amenée du fil se fait par un moteur de réglage en hauteur Mg distinct des deux premiers, et en ce que le dispositif comporte en outre:.
    • - une unité de commande des moteurs de la bobineuse comprenant des variateurs de vitesse et un sélecteur de vitesse permettant d'élaborer un signal représentatif d'une valeur de consigne à imprimer soit au moteur Mf d'entrainement du fil, soit au moteur Mp d'entrainement du plateau;
    • - une unité de contrôle pilotant le moteur de réglage en hauteur Mg et le moteur Mp ou Mf non commandé par la consigne de manière à respecter à tout instant la relation suivante:
      Figure imgb0003
  • Dans cette relation, les mêmes variables ou paramètres représentent les mêmes grandeurs que dans les relations données auparavant.
  • Comme on l'aura sans doute déjà compris, l'invention s'appuie sur la loi cinématique bien connue qui lie entre- elles la vitesse linéaire et la vitesse angulaire d'un mouvement circulaire en fonction du rayon de la trajectoire.
  • L'invention fait application de cette loi en opérant un synchronisme entre la vitesse d'amenée du fil et sa vitesse d'enroulement en spires, synchronisme ajusté pour imposer une valeur voulue et prédéterminée au diamètre de la spire en formation en modulant l'une des vitesses par rapport à l'autre maintenue fixe.
  • A partir de là, cette valeur est régulée dans le temps au cours du bobinage pour parvenir à un enroulement agencé en un empilage de galettes constituées chacune par bobine plate spiralée qui se développe radialement alternativement dans le sens centrifuge et dans le sens centripète quand on passe d'une galette à la suivante.
  • On aboutit ainsi à une structure d'enroulement ayant un nombre de spires minimal par couche, d'où il résulte une capacité répartie très faible du circuit électrique et, partant, un amortissement très étalé des impulsions de tension à front raide dans l'ensemble du bobinage.
  • Il doit être souligné que la structure d'enroulement obtenue ne saurait être parfaitement celle d'une structure idéale à galettes bien définies et individualisées placées les unes sur les autres, mais s'en approche très sensiblement.
  • En revanche, l'invention réalise une méthode de bobinage de nature à répondre aux critères propres des techniques industrielles de production, autrement difficilement envisageable, du moins dans l'état actuel des connaissances, pour obtenir la structure d'enroulement idéalement ordonnée evoquée ci-dessus.
  • Les résultats d'essais menés par les inventeurs montrent qu'en fait l'ordre d'empilage recherché est respecté à moyenne et grande distance, moyennant un certain mélange des galettes à courte distance, c'est-à-dire limité pratiquement à quelques spires appartenant à deux galettes voisines.
  • Maigre cet écart à l'idéalité, les résultats et avantages que l'on peut tirer de l'invention, tant sur le plan technique qu'industriel et économique, sont nombreux et importants. On peut citer, par exemple: la remontée du seuil de claquage en marche normale, ou une tenue très améliorée aux essais à "ondes de choc" due à une capacité répartie dans l'intégralité'de l'enroulement d'une qualité telle que l'on peut se passer d'isolation intercouche.
  • Il en résulte, en outre, des avantages induits comme notamment l'économie de matière première et de main d'oeuvre, l'allégement et le moindre encombrement de l'appareil terminé, ou la plus grande rapidité de fabrication grâce aux possibilités offertes d'une automatisation totale ou quasi-totale assistée par ordinateur.
  • L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages apparaîtront plus clairement au vu de la description qui suit, donnée à titre d'exemple et en référence aux planches de dessins annexées, sur lesquelles:
    • - la figure 1 montre une vue d'ensemble d'un dispositif de bobinage le plus complet que sachent faire les inventeurs et permettant de réaliser des enroulements de transformateurs. Le premier plan représente la bobineuse. Les annexes de commande et de pilotage sont illustrés symboliquement sur la partie droite de la figure.
    • - la figure 2 est un schéma synoptique montrant le montage électrique pour la commande du dispositif de bobinage de la figure 1.
    • - les figures 3 et 4 sont des diagrammes montrant respectivement les courbes de vitesse d'enroulement et d'amenée du fil en fonction du nombre de spires déposées, selon deux variantes opérationnelles différentes.
  • L'appareil de la figure 1 se compose d'une bobineuse 1 pilotée par un automate programmable 2 par l'intermédiaire d'une unité de commande 3.
  • On décrit à présent chacun des composants précités,
  • La bobineuse comprend un bêti 4 dont la partie supérieure plane constitue une table de travail 5. Celle-ci comporte un plateau horizontal 6 et supporte un équipage 7 mobile en translation verticale sur deux colonnes de guidage 8, 8' fixées dans une double chape 9.
  • Le plateau 6 est animé en rotation sur son axe vertical 10 par une courroie 11 mue par un pignon 12 et formant un couple de démultiplication actionné par un moteur (Mp) 13 à vitesse variable escamoté dans le bâti.
  • Comme on le voit, un corps cylindrique 14, constituant le support d'enroulement, est posé verticalement sur le plateau 6 en étant centré sur l'axe de rotation 10.
  • Conformément à l'invention, le support d'enroulement 14 est entouré à distance par un fourreau coaxial 15 définissant entre-eux un espace annulaire 16 destiné à recevoir l'enroulement.
  • Cet espace est fermé à sa base par la surface du plateau 6 et son extrémité supérieure est laissée ouverte pour l'introduction du fil électrique à bobiner.
  • L'équipage mobile 7 constitue une unité d'amenée de ce fil électrique, visible en 17, dans l'espace d'enroulement 16 à partir d'un dévidoir classique,non représenté pour ne pas surcharger inutilement la figure.
  • Cet équipage est conforme en boîtier dépourvu de faces latérales. La face frontale 41 comporte deux paires identiques de galets 19, 19' disposées l'une au-dessus de l'autre et entraînant, par l'intermédiaire de deux courroies de guidage 20, 20', le fil 17 du haut vers le bas dans le sens indiqué par la flèche. La face verticale arrière 21 du boîtier est équipée de deux manchons 22, 22' coulissant sur les colonnes 8, 8' et d'une bague taraudée, non visible, prise dans une vis sans fin verticale 23. Cette vis est mue par un moteur (Mg) 24 assurant le réglage en hauteur de l'équipage mobile 7 et monte sur une plate-forme 25 fixée à l'extrémité des colonnes 8, 8,.
  • Les galets 19, 19' sont actionnés en rotation par un moteur (Mf) 26 à vitesse variable fixé à l'arrière d'un flasque support 27 placé entre les faces avant 41 et arrière 21 de l'équipage 7.
  • A cet effet, la face avant du flasque porte les organes de transmission du mouvement par démultiplication, comprenant, comme on le voit, une courroie 28 reliant un petit pignon entraînant 29 à un pignon entraîne 30, lequel, par un jeu d'engrenages non visible, actionne les galets superieurs 19 qui, à leur tour, entraînent les galets inférieurs grâce aux courroies 20 et 20'.
  • Le flasque 27 est rapporté à distance sur la face avant 41 à l'aide d'entretoises de fixation 31. Par ailleurs, la face frontale 41 est elle-même maintenue entre deux plaques horizontales respectivement supérieure 32 et inférieure 33 réalisées par pliage de la face arrière 21.
  • Comme on le voit, chaque plaque 32, 33 présente à son extremité avant un tube sensiblement vertical, respectivement 34, 35, pour le guidage du fil électroconducteur 17.
  • Le tube guide 34 de la plaque supérieure constitue un moyen de réception du fil à partir du dévidoir (non représenté) et le délivre, à son ouverture inférieure, à l'entrée du jeu de galets d'entraînement 19, 19' entre les brins intérieurs des courroies de transport 20, 20'.
  • Le tube guide 35 est centré à la sortie du jeu de galets, dont il reçoit le fil 17 par son extrémité ouverte supérieure et le délivre par son extrémité inférieure. Celle-ci débouche dans l'espace de réception 16 en imprimant au fil une trajectoire tangentielle préformée en spire grâce à sa partie terminale 36 coudée à l'horizontale dans le sens de rotation du plateau 6 et repliée en direction de l'axe 10 du plateau en épousant la courbure de l'espace 16. Comme on le voit, cette partie terminale 36 présente une double courbure en "S" dont la forme et le rôle seront précisés à la fin.
  • Cet ensemble est complété par trois tachymètres 37, 38 et 39 équipant chacun un moteur, et un codeur incrémental 40 monté en bout d'arbre du moteur (Mf) 26 d'entraînement du fil.
  • Enfin, une boîte de connexion électrique, symbolisée en 58 sur le flan du chassis 4, relie la bobineuse à ses annexes, que sont l'unité de commande 3 et l'automate programmable 2 pilotant le tout.
  • On a schématisé sur ce dernier le clavier 42 d'entrée des paramètres de marche de la bobineuse et en 43 les écrans d'affichage des caractéristiques de fonctionnement. Cet automate a été programmé pour lui permettre de contrôler le fonctionnement de la bobineuse conformément au procédé selon l'invention et qui sera décrit par la suite.
  • L'unité de commande 3 comporte trois sous-ensembles 44, 45 et 46 qui représentent des variateurs électroniques de vitesse contrôlant la marche des moteurs de la bobineuse. Comme on le voit en détail sur la figure 2, ces variateurs sont constitués chacun par une boucle de régulation comprenant un comparateur 47, 48, 49 dont la sortie est reliée. au moteur et dont une entrée est reliée au tachymetre du moteur considéré et l'autre entrée reçoit une consigne représentative de la vitesse à appliquer audit moteur. Dans l'exemple tel que représenté, les consignes respectives des moteurs (Mp) 13 et (Mg) 24 sont élaborés par l'automate programmable 2 après mise en forme des signaux dans des convertisseurs numérique, analogique 50,51, alors que pour le moteur (Mf) 26 d'entraînement du fil, la consigne est fournie par un sélecteur manuel de vitesse 52.
  • Ce sélecteur est un potentiomètre à plots permettant de régler la vitesse du moteur à une valeur de référence choisie à l'avance.
  • Par ailleurs, l'automate 2 reçoit sur ces entrées "control process", d'une part, un signal (F) représentatif de la vitesse du moteur (Mf) 26 d'entraînement du fil fourni par le codeur incrémental 40 et, d'autre part, deux signaux (P) et (H) représentatifs, à chaque instant, du nombre de tours effectués respectivement par le moteur (Mp) 13 d'entraînement du plateau 6 et du moteur (Mg) 24 de réglage en hauteur de l'équipage mobile 7, ces deux signaux étant fournis par des intégrateurs 53 et 54.
  • Il est clair que les grandeurs (P) et (H) sont directement liées respectivement au nombre de tours effectués par le plateau (donc au nombre de spires déposées) et à la position en hauteur de l'extrémité (36) du tube de guidage 35 (donc du nombre de galettes réalisées), et que l'automate 2 sera à même de calculer.
  • Il en est de même d'ailleurs du signal (F) délivré par le codeur 40 en tant que donnée pour le calcul de la vitesse instantanée d'amenée du fil, notée V sur la figure 1,
  • Ces précisions étant données, on va pouvoir maintenant décrire le fonctionnement du dispositif
    • conformément au procédé selon l'invention.
  • L'opération préliminaire consiste à centrer le support d'enroulement 14 sur le plateau rotatif 6 et à ancrer le fil 17 par son extrémité libre à la base de ce support par tout moyen approprié, par exemple à l'aide d'une simple fente prévue dans le support 14.
  • On place alors le fourreau coaxial 15 autour du support 14 comme le montre la figure 1 pour confiner latéralement l'espace de réception 16 de l'enroulement à réaliser. Puis on centre latéralement l'équipage mobile 7 pour placer le tube guide 35 à mi-distance entre le support 14 et le fourreau 15, et on positionne en position basse l'équipage mobile 7 de manière que l'extrémité coudée 36 du tube-guide 35 débouche au voisinage du point d'ancrage du fil 17.
  • Cette opération, bien que non indispensable, est toutefois conseillée, car elle procure un meilleur contrôle de la dépose des spires en limitant la course libre du fil 17 à la sortie du tube 35. On tend enfin le fil 17 par une légère traction en amont du tube d'arrivée 34 et la bobineuse est alors prête à fonctionner.
  • Pour réaliser un bobinage conformément à la méthode selon l'invention, l'opérateur entre dans l'automate 2 les constantes de marche par l'intermédiaire du clavier 42 en façade de ce dernier.
  • Ces constantes sont en l'occurence le diamètre d du fil 17, le diamètre extérieur D du support d'enroulement 14, le diamètre interieur "Φ" du fourreau 15, le diamètre "9" des galets d'entraînement 19, 19', le nombre total G de galettes à réaliser et la vitesse V d'amenée du fil 17 dans l'espace de réception 16.
  • Avec ces données, le programme mémorisé par l'automate 2 calcule, d'une part, le nombre n de spires par galette (soit n=
    Figure imgb0004
    et, d'autre part, la vitesse "η" de rotation à imprimer au moteur (Mf) 26 d'entraînement des galets 19, 19' (soit η=f(V,9), où f est une fonction représentative des caractéristiques cinématiques du train de transmission 28, 29, 30 et qui peut être traduite en logique câblée au sein de l'automate).
  • Les résultats obtenus sont stockés en mémoire de travail et le programme élabore alors une fonction vitesse W représentative de la vitesse instantanée de rotation à imprimer au plateau 6 donc également de la vitesse d'enroulement au fil dans l'espace 16.
  • Cette fonction, qui permet à l'automate 2 de piloter en temps réel le processus de bobinage, s'écrit:
    Figure imgb0005
  • On précise à nouveau ici que ai est une variable à valeur entière indiquant le rang voulu de la i ème spire dans la galette en formation dans l'espace de réception 16 et compté à partir du support d'enroulement 14, l'incrément i allant donc de 1 à n, et inversement.
  • Les valeurs prises par la variable discrète ai sont obtenues en continu par le reste (r) de la division entre les valeurs du signal (P) et du signal (H), soit directement si (H) est impair, soit par le complément à n, si (H) est d'ordre pair.
  • On comprend que ces dispositions résultent du fait que, l'extrémité du fil 17 étant ancrée sur le support d'enroulement 14, la première galette qui se forme est une spirale se développant radialement de façon centrifuge, la seconde étant alors une spirale à développement radial centripète, et ainsi de suite. Les parités seraient, bien entendu, inversées si l'ancrage du fil était effectué sur le fourreau 15.
  • Pour démarrer l'opération de bobinage proprement dite, il suffit d'afficher une consigne (R) par l'intermédiaire du potentiomètre manuel 52 et déterminant la vitesse V d'amenée du fil 17.
  • Pendant toute la phase de démarrage une fonction rampe est élaborée au niveau de la consigne pour que le système arrive progres sivement en régime établi.
  • Il est à noter que pendant toute cette phase transitoire initiale, la vitesse d'amenée V du fil est une variable que calcule l'automate 2 à partir d'une lecture du signal (F) reçu par le codeur incrémental 40 équipant le moteur (Mf) 26.
  • Bien entendu, en régime établi (R) et (F) sont égaux, à la précision près des instruments de mesure et des caractéristiques de stabilité de la bobineuse.
  • En régime établi, le fil 17 introduit dans l'espace 16 par le tube guide 35 avec une vitesse constante V imprimée par le jeu de galets 19, 19', se dépose dans cet espace sous forme de spires 18 que lui confère son mouvement d'enroulement autour du support 14 sous l'effet de la rotation W du plateau 6 dans le sens indiqué par la flèche.
  • Il est à noter que la formation de la spire est également aidée par la position médiane du tube guide 35 selon la largeur de l'espace 16 et par son extrémité repliée 36, qui permet l'injection du fil selon une trajectoire préformée en une spire de diamètre moyen.
  • L'asservissement de W à ai imposée par l'automate 2. en fonc tion de V, conformément à la relation indiquée précédemment, procure la maîtrise du diamètre de la spire en formation et permet de ce fait de bobiner une première galette spiralée à partir de l'intérieur, puis, lorsque le nombre n de spires est atteint, une seconde galette spiralée cette fois à partir de la périphérie, et qui se pose sur la précédente et ainsi de suite jusqu'à l'obtention du nombre maximum G de galettes autorisées. En géneral, on détermine la donnée G en fonction du diametre "d" du fil de manière à remplir l'espace de réception 16 au 4/5 environ.
  • A chaque fois qu'une galette a été bobinée, l'automate 2, par l'intermédiaire du variateur de vitesse 44 (fig. 1), ordonne au moteur (Mg) 24 de monter l'unité 7 d'amenée du fil d'une hauteur égale au diamètre de ce dernier. Eu égard à ce qui a été dit précédemment, on pourra prendre la precaution de prevoir, en un endroit approprié des colonnes de guidage 8, 8', une butée de fin de course qui arrête toute l'opération lorsque le degré de remplissage voulu de l'espace de réception 16 est atteint. Cette disposition permet de pallier, le cas écheant, les conséquences d'une introduction dans l'automate d'une valeur de G erronée par excès.
  • Il convient de souligner que l'un des aspects déterminants de l'invention réside dans le fait que le fil 17 est, non pas tiré par le support d'enroulement en rotation 14, mais poussé par le système d'alimentation 7, ladite poussée coopérant avec l'action d'enroulement de façon à se traduire, au niveau de la spire en cours de formation, par un effort radial, dont le sens -centrifuge ou centripète-, de même que l'intensité, dépendent du degré d'avancement de l'enroulement. Cet effort confère à ladite spire le diamètre voulu approprié à la place, c'est-à-dire au rang qu'on lui assigne au sein de la galette plate spiralée en formation.
  • Tels sont, exprimés différemment qu'auparavant, mais de façon équivalente, les moyens essentiels et fondamentaux de l'invention.
  • Ceci étant, on réalise donc une pulsation cyclique de la vitesse d'enroulement W du fil dans le temps, dont la période, comme le montre clairement la figure 3, correspond à la durée de formation de deux galettes consécutives, c'est-à-dire à 2n tours du plateau 6.
  • Cette figure illustre un exemple de bobinage selon l'invention comprenant six spires par galette.
  • On a placé en abscisse, successivement à partir du répère supérieur, le nombre total Nt de spires de l'enroulement, le rang ai de chaque spire dans sa galette et le nombre G de galettes dans l'enroulement.
  • Comme on le voit, l'allure moyenne de la courbe représentative de W sur la période représentée est celle de deux tronçons hyperboliques symétriques mis bout à bout: le premier tronçon de pente décroissante correspond à la formation de type "centrifuge" de la première galette, le tronçon suivant, de pente croissante, représente la formation de type "centripete" de la seconde galette.
  • En regardant de plus près, on constate que la courbe est formée de gradins successifs à décalages en hauteur variables traduisant les variations discrètes de la vitesse de rotation du plateau intervenant lors du passage d'une spire à la suivante dans une même galette.
  • On comprend à cet égard que la mise en oeuvre optimale de l'invention suppose une régulation très fine de la vitesse d'enroulement nécessitant de faire appel aux techniques de commande numérique, que permet précisément l'automate programmable 2.
  • Des essais comparatifs ont été effectués sur un enroulement conforme à l'invention réalisé avec un fil de cuivre rond ayant 1,12mm de diamètre enroulé en 175 galettes à raison de 20 spires par galette, correspondant à un transformateur de classe 24
  • Les essais ont montré une tenue très élevée de l'enroulement aux chocs de tension simulant les coups de foudre, et ceci sans autre isolation que le conditionnement originel du fil de cuivre par une enveloppe habituelle de vernis émaillé.
  • A titre indicatif, alors que les prescriptions contractuelles de tenue aux chocs pour les transformateurs de la classe précitée sont de l'ordre de 125 kV, l'enroulement d'essai conforme à l'invention supporte sans problème des impulsions de tension allant au-delà de 200 kV.
  • D'une façon plus générale, il apparaît que l'invention permet de dépasser de beaucoup les caractéristiques actuelles des transformateurs.
  • Comme on l'a déjà souligné, elle permet une fabrication industrielle de transformateurs sans isolant rapporté assurant à une économie de matière, de main d'oeuvre et une réduction sensible du poids et de l'encombrement de l'appareil achevé.
  • Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter a l'exemple décrit ci-avant mais s'étend à de multiples variantes et équivalents dans la mesure où sont respectées les caractéristiques énoncées dans les revendications jointes.
  • A ce titre, il importe de considérer que l'invention, dans son acception la plus générale, met en jeu deux operations distinctes ayant des cinématiques de caractère relatif: l'enroulement des spires d'une part, et l'asservissement entre la vitesse dudit enroulement et la vitesse d'amenée du fil, d'autre part.
  • L'enroulement des spires peut en effet être réalisé, non seulement par la rotation du support d'enroulement, le point d'amenée du fil étant fixe dans l'espace, mais également, et de façon équivalente, en conservant le support d'enroulement immobile et en faisant tourner le fil autour. Ceci peut être réalisé, par-exemple, au moyen d'une unité d'amenée du fil, telle que 7, qui soit conçue en tourelle pivotante centrée au-dessus du plateau.
  • De même, l'asservissement à réaliser entre la vitesse d'enroulement des spires et la vitesse d'amenée du fil, en fonction de l'evolution de la galette en formation, peut être réalisé, non seulement en modulant la vitesse d'enroulement W, la vitesse d'amenée V étant maintenue constante, mais encore, et de façon équivalente, en fixant à une valeur de référence déterminée la vitesse d'enroutementet en régulant la vitesse d'amenée du fil.
  • Dans ce cas, la relation cinématique liant ces deux vitesses et devant être prise en compte par l'automate 2 s'écrit:
    Figure imgb0006
  • dans laquelle les paramètres conservent leur définition donnée auparavant.
  • On comprend ainsi que, dans sa formulation la plus générale, la relation à respecter conformément à l'invention, s'exprime donc sous la forme suivante:
    Figure imgb0007
  • A titre indicatif, la figure 4 -analogue à la figure 3- montre l'allure de la courbe représentative des variations à conférer à la vitesse V d'amenée du fil lorsque celle d'enroulement W des spires est gardée constante.
  • Comme on le voit, cette courbe, dans la période de formation de deux galettes, présente en moyenne la forme de deux segments de droite, symétriques l'un de l'autre, se rejoignant à leur point haut correspondant au passage de la première galette à la seconde, et dont la pente, -en valeur absolue- a pour valeur tgβ=2d-W.
  • On observera d'ailleurs que chaque segment est en fait constitué d'une succession de paliers reliés par des portions verticales égales, correspondant à l'incrément de vitesse de 2dW à ajouter (ou à retrancher) à la vitesse d'amenée du fil lorsqu'on passe d'une spire à la suivante sur une même galette.
  • Il doit être souligné que le dispositif décrit précédemment comporte des moyens lui permettant de fonctionner soit à vitesse d'amenée V du fil constante, soit à vitesse d'enroulement W des spires constante.
  • Ces moyens, symbolisés sur la figure 2, sont constitués par un sélecteur à deux positions 55, permettant de connecter le codeur incrémental 40 à l'un ou l'autre des moteurs (Mf) 26 ou (Mp) 13, et par un inverseur 56 dont le transfert à gauche par rapport à sa position représentée sur la figure 2, permet d'appliquer la référence de vitesse (R) à l'entrée du comparateur 48 du moteur (Mp) 13 et de relier le comparateur 47 du moteur (Mf) 26 au convertisseur 50.
  • Un commutateur général 57 est prévu sur l'automate 2 permettant la commande de ces moyens en même temps que le passage d'un programme de marche à l'autre en fonction du choix de la vitesse, V ou W, qui est maintenue constante.
  • Il convient de préciser que la possibilité de réglage en hauteur de l'unité d'amenée 7 ne saurait, en toute rigueur, constituer une caractéristique indispensable de l'invention. Elle présente cependant l'utilité, comme déjà dit, de délivrer le fil dans l'espace de réception au voisinage en hauteur de l'endroit de dépose des spires et contribue ainsi, en minimisant le délai entre le moment de formation de la spire et sa dépose au sein de la galette en constitution, à ameliorer l'ordre du rangement des spires dans la structure particulière de l'enroulement recherché.
  • On signale à cet égard que l'ordre de rangement précité s'apprécie quantitativement par un coefficient dit "de foisonnement" des spires dans le bobinage terminé. Les essais ont montré en effet que ce coefficient, lequel se définit dans le domaine considéré comme le rapport entre le volume de l'espace de réception et le volume occupé par les spires, constitue, dans le cas de l'invention, un indicateur de l'écart à l'idéalité de l'enroulement réalisé, dans laquelle, on le rappelle, il n'y aurait aucun mélange de spires entre galettes consécutives.
  • Une autre disposition, non indispensable mais permettant également de minimiser le coefficient de foisonnement, réside dans la forme repliée et coudée de la partie terminale 36 du tube guide 35 d'amenée du fil. Cette disposition procure une introduction sensiblement tangentielle du fil dans l'espace de réception et permet en conséquence de préformer le fil en une spire qui s'inscrit dans l'espace annulaire 16. De plus, la localisation du tube guide 35 à mi-distance entre le support d'enroulement et le fourreau extérieur permet de conférer à cette spire un diamètre moyen, ce qui tend également à améliorer la qualité du rangement des spires.
  • On comprend aisément que ces dispositions conjuguent tres favorablement leur effet avec celui d'un réglage en hauteur du point d'introduction du fil dans l'espace de réception, c'est-à-dire, en reférence au dispositif décrit, du réglage en hauteur de l'unité d'amenée 7.
  • Une autre variante de réalisation permettant de se rapprocher encore de la structure d'enroulement idéale, consiste à prévoir un mécanisme de déplacement latéral du tube 35 (éventuellement de l'équipage mobile 7 d'amenée du fil) pour asservir la position de son extrémité de sortie au diamètre de la spire en formation de manière à délivrer le fil dans l'espace de réception en un point situé à l'aplomb de l'emplacement de dépose de chaque spire.
  • Il est utile d'indiquer qu'une particularité fort avantageuse de l'invention, et qui sera vivement appréciée par les constructeurs de transformateurs, consiste à choisir comme support d'enroulement, la colonne basse tension de l'appareil à réaliser.
  • De plus, le fourreau 15 servant à délimiter le gabarit de l'enroulement, peut être avantageusement une virole en carton placée à demeure, qui servira par la suite également d'isolation de l'enroulement par rapport à la masse de la cuve de destination finale.
  • Un aspect particulièrement intéressant de l'invention réside donc dans le fait qu'elle permet de réaliser directement un élément complet de transformateur qui peut être placé sur son noyau magnétique, sans préparation ou modification d'aucune sorte, si ce n'est, le cas échéant, la mise en place des disques de serrage habituels aux extrémités de l'enroulement, encore que l'un d'entre eux peut avantageusement être prevu initialement à la base de l'espace de réception lors de la pose du support d'enroulement et du fourreau sur le plateau de la bobineuse.
  • Il faut encore souligner que l'invention est tout à fait compatible avec la mise en place, si on le désire, d'un système de refroidissement de l'enroulement. Ceci ne pose aucun probleme non maitrisé, car il est aisé d'insérer des canaux de refroidissement entre les galettes par introduction de disques perforés, en cours de bobinage par arrêts momentanés de la bobineuse.
  • Par ailleurs, l'expérience a montré qu'avec un tube guide 35 simplement coudé à son extrémité de sortie, les spires en formation avaient tendance à se soulever pour des vitesses de rotation élevées du plateau.
  • C'est pour y remédier que les inventeurs ont prévu, comme le montre la figure 1, de conformer la partie terminale 36 du tube guide en "S" à l'horizontale, c'est-à-dire selon une double courbure. La seconde courbure étant à l'opposé de la première, l'ouverture de sortie est donc dirigée vers le bas, ce qui permet de bien rabattre le fil en direction du lit de spires déjà déposées et, ainsi, les difficultés prémentionnées disparaissent même aux grandes vitesses de rotation.
  • L'invention peut être mise en oeuvre avec des fils de diamètre les plus faibles jusqu'a des valeurs supérieures a 10 mm.
  • Pour les gros diamètres, il est bien entendu souhaitable d'utiliser des fils en cuivre souple, convenablement recuits à cet effet.
  • Les enroulements peuvent être réalisés sans difficultés à grande vitesse (i.e. plusieurs centaines de tours/mn), chaque diamètre de fil ayant bien entendu sa vitesse d'enroulement ou sa plage de vitesse d'enroulement optimales que l'homme de métier saura rapidement déterminer s'il souhaite mettre en oeuvre l'invention aux meilleures conditions de productivité. A titre purement indicatif, un fil de cuivre de 0,9 mm de diamètre s'accomode parfaitement avec des vitesses de pointe de rotation du plateau de 400 t/mn environ.
  • L'invention s'applique de préférence, mais non limitativement, aux enroulements haute et moyenne tension des transformateurs.
  • Bien que conçue initialement pour les transformateurs, l'invention n'est pas pour autant limitée à cette application, mais s'étend à la réalisation des enroulements électriques destinés à tout appareil inductif, en particulier de type statique, présentant un grand nombre de spires habituellement organisées en longues couches concentriques.
  • De même l'invention peut mettre en oeuvre des fils électro-conducteurs à bobiner de différents formats (rond, carré, rectangulaire) et de différentes tailles.
  • De même encore, l'invention couvre la réalisation de bobinage d'enroulements tant à un seul fil qu'à fils multiples. De même enfin, l'opérateur reste libre quant aux choix des paramètres de marche du dispositif bobineur, en particulier quant au choix de la vitesse de référence, qu'il saura prédéterminer en fonction de ses souhaits ou nécessités.

Claims (11)

1) Procédé de bobinage des enroulements inductifs équipant les appareils électriques, notamment les appareils statiques tels que les transformateurs et constitués par au moins un fil électroconducteur (17) enroulé autour et le long d'un support d'enroulement (14) en galettes empilées constituées chacune par une bobine plate spiralée qui se développe radialement alternativement dans le sens centrifuge puis dans le sens centripète quand on passe d'une galette à la suivante, procédé selon lequel:.
- on dispose le support d'enroulement (14) verticalement et on l'entoure à distance d'un fourreau coaxial (15) de manière à ménager entre eux un espace annulaire (16) de réception du fil (17) et dont le fond est obturé temporairement,
- on introduit le fil (17) dans l'espace (16) par le haut et on fixe l'extrémité du fil à la base dùdit espace, de préférence sur le support d'enroulement (14),
- et, dans le but de déposer le fil (17) sous forme de spires (18) de diamètre voulu, on amène en continu le fil dans l'espace de réception (16) avec une vitesse linéaire V, tout en lui imprimant un mouvement relatif de rotation autour du support d'enroulement avec une vitesse angulaire W, ces deux opérations étant effectuées conjointement, l'une des deux vitesses étant réglée à une valeur de consigne et l'autre, variable, étant réglée de manière à respecter la relation suivante:
Figure imgb0008
où V est exprimée en mètres par seconde, W est exprimée en tours par seconde et ai est comptée à partir du support d'enroulement, où D représente le diamètre du support d'enroulement exprimé en mètres et d représente le diamètre du fil exprimé en mètres; procédé caractérisé en ce que l'amenée de fil et le mouvement relatif de rotation autour du support d'enroulement se réalisent à l'aide de deux moyens moteurs (26, 13) indépendants entre eux, en ce que l'on compte à tout instant le nombre de rotations réalisées entre le fil et le support d'enroulement pour en déduire le rang ai de la spire en formation, ai étant une variable à valeur entière; en ce que l'on détermine, à l'aide de moyens de calcul rapide, ladite vitesse variable et en ce que l'on actionne en conséquence le moyen moteur dont dépend la vitesse variable afin que ladite relation soit à tout instant respectée.
2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on imprime au fil (17) un mouvement relatif de rotation autour du support d'enroulement (14) en faisant tourner ce dernier autour de son axe.
3) Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'on maintient constante la vitesse V d'amenée du fil (17) dans l'espace de réception (16) et on régule la vitesse Wi de rotation relative du fil autour du support d'enroulement (14) en fonction du rang ai de la spire en formation à l'aide de la relation:
Figure imgb0009
où D et d représentent, exprimés en m, respectivement le diamètre du support d'enroulement (14) et le diamètre du fil (17).
4) Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'on amène le fil (17) dans l'espace de réception (16) selon une trajectoire qui se termine horizontalement.
5) Procédé selon les revendications 1, 2 ou 4 caractérisé en ce que l'on amène le fil (17) dans l'espace de réception (16) en l'y introduisant à un niveau régulé en hauteur en fonction du niveau en hauteur du dépôt de la spire (18).
. 6) Procédé selon les revendications 1, 2, 4 ou 5 caractérisé en ce que l'on délivre le fil (17) dans l'espace de réception (16) en une position radiale située à mi-distance entre le support d'enroulement (14) et le fourreau coaxial (15).
7) Procédé selon les revendications 1, 2, 4 ou 5 caractérisé en ce que l'on délivre le fil (17) dans l'espace de réception (16), entre le support d'enroulement (14) et le fourreau coaxial (15), en une position radiale à l'aplomb de l'emplacement de dépose de chaque spire (18).
8) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, dans lequel une bobineuse (1) comporte:.
- un plateau horizontal (6) pouvant être mis en rotation à vitesse variable autour de son axe vertical (10) par un moteur d'entrainement Mp (13), ce plateau étant destiné à recevoir le support (14) d'enroulement du fil électroconducteur (17) et le fourreau coaxial (15) qui entoure le support (14) à distance en définissant entre eux un espace (16) de réception du fil;
- une unité (7) d'amenée du fil dans l'espace (16) placée au-dessus du plateau (6) et présentant, d'une part, un système (19, 19', 20, 20') d'entraînement du fil et, d'autre part, un tube (35) pour guider le fil (17) depuis sa sortie dudit système d'entraînement, ladite unité (7) étant mobile en translation verticale; dispositif caractérisé en ce que le fil (17) est entrainé par un moteur Mf (26) distinct du moteur Mp (13) entraînant le plateau, en ce que le tube (35) de guidage du fil est disposé sensiblement vertical dans l'espace de réception (16), en ce que la translation verticale de ladite unité (7) d'amenée du fil se fait par un moteur de reglage en hauteur Mg (24) distinct des deux premiers, et en ce que le dispositif comporte en outre:
- une unité (3) de commande des moteurs (13, 24, 26) comprenant des variateurs de vitesse (44,45, 46) et un sélecteur de vitesse (52) permettant d'élaborer un signal (R) représentatif d'une vitesse de consigne à imprimer soit au moteur Mf (26) d'entraînement du fil (17), soit au moteur Mp (13) d'entraînement du plateau;
- et une unité de contrôle (2) pilotant le moteur de réglage en hauteur Mg (24) et le moteur Mp (13) ou Mf (26) non commandé par la consigne (R) de manière à respecter la relation suivante
Figure imgb0010
où V représente la vitesse d'entraînement du fil (17) dans l'espace de réception (16) (en m/s), W représente la vitesse de rotation du plateau (6) (en t/s), D et d représentent respectivement le diamètre du support d'enroulement (14) et le diamètre du fil (17) (an m) et ai représente le rang de la i ème spire en formation dans l'espace de réception (16) entre le support d'enroulement (14) et le fourreau extérieur coaxial (15), et compté à partir dudit support.
9) Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que le tube (35) présente une partie terminale de sortie (36) repliée selon une double courbure en forme d'un "S" dont l'orifice de sortie est dirigé vers le bas.
10) Dispositif selon les revendications 8 ou 9 caractérisé en ce que le tube (35) de guidage du fil est mobile en translation horizontale.
11) Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'unité de contrôle est constituée par un automate programmable (2), recevant en entrée des signaux (F), (H) (P) représentatifs des caractéristiques de marche du dispositif et élaborés par des capteurs de vitesse (37, 38, 39, 40) équipant les moteurs (13, 24, 26).
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