EP0779634A1 - Transformateur de courant et son procédé de fabrication - Google Patents

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EP0779634A1
EP0779634A1 EP96410114A EP96410114A EP0779634A1 EP 0779634 A1 EP0779634 A1 EP 0779634A1 EP 96410114 A EP96410114 A EP 96410114A EP 96410114 A EP96410114 A EP 96410114A EP 0779634 A1 EP0779634 A1 EP 0779634A1
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magnetic circuit
sheets
secondary winding
current transformer
transformer according
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Pascal Houbre
Claude Rubbo
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Schneider Electric Industries SAS
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Schneider Electric SE
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/245—Magnetic cores made from sheets, e.g. grain-oriented
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/20—Instruments transformers
    • H01F38/22—Instruments transformers for single phase ac
    • H01F38/28—Current transformers
    • H01F38/30—Constructions

Definitions

  • the invention relates to a current transformer comprising a closed magnetic circuit made of stacked sheets surrounding a primary conductor, and a secondary winding, the core of which is a part of the magnetic circuit.
  • transformers used in particular in trip relays or circuit breakers, supply electrical energy and current measurement signals to processing units.
  • the transformers comprise, a primary winding constituted by a power conductor crossed by a strong current, a magnetic circuit surrounding the power conductor and a secondary winding constituted by one or two coils located on the magnetic circuit.
  • the magnetic circuit of the transformers consists of stacked sheets.
  • the sheets preferably have open shapes.
  • the sheets are introduced inside the coils and then fixed together so as to close the magnetic circuit.
  • transformers comprising a magnetic circuit consisting of closed and stacked sheets having no air gap.
  • the secondary winding must be wound directly on the magnetic circuit. This manufacturing method eliminates the risks of air gap presence but considerably increases the complexity, the manufacturing time and the cost of the transformers.
  • the object of the invention is a current transformer having a high response at low current and of a simple and rapid manufacture.
  • each sheet of the magnetic circuit consists of a single piece surrounding the primary conductor and having a cut in a single location, the sheets being stacked in the same position, the cut of each sheet coinciding with the cut other sheets.
  • the magnetic circuit comprises a first fixed part intended to receive the secondary winding and a second flexible part capable of being temporarily deformed.
  • the transformer may include holding means for holding the sheets in the plane of their cutting.
  • the sheet metal cutouts are preferably located in a part of the magnetic circuit extending the core of the secondary winding.
  • the sheets being, for example, cut perpendicular to the axis of the secondary winding or parallel to the axis of the secondary winding.
  • the magnetic circuit is rectangular in shape and has a first large side receiving the secondary winding, a second large side opposite the first large side, and two small sides, the cutouts of the magnetic circuit being located between the first long side and a small side adjacent.
  • the first fixed part of the magnetic circuit comprises the first large side and the second flexible part comprises at least the large opposite side or the small adjacent side.
  • the cuts are preferably made according to a bisector of a right angle formed by the first large side and an adjacent small side.
  • the sheets are cut in one place and stacked by matching the cuts of each sheet, then, in a first step, a flexible part of the sheets of the magnetic circuit is deformed, in a second step a secondary winding coil is placed on a fixed part of the magnetic circuit, and in a third step the flexible part of the sheets of the magnetic circuit is returned to normal position, the fixed and flexible parts of each sheet being aligned according to the plan of their cutting.
  • FIG. 1 represents a known current transformer with stacked sheets.
  • FIG. 2 represents, in an enlarged view, the juxtaposition of the stacked sheets of the transformer of FIG. 1.
  • FIG. 3 represents an embodiment of a current transformer according to the invention.
  • FIG. 4 shows, in an enlarged view, a cut out of a sheet of the transformer of FIG. 3.
  • FIG. 5 shows a momentary deformation of the magnetic circuit of the transformer according to FIG. 3.
  • FIGS. 6 and 7 show two views of a device for holding the stacked sheets for a transformer according to FIG. 3.
  • FIGS 8 and 9 show two other embodiments of transformers according to the invention.
  • the known transformer of FIG. 1 comprises a magnetic circuit 1 surrounding a primary conductor 2 of high intensity and a coil 3 forming a secondary winding.
  • the magnetic circuit consists of two stacks of independent sheets 4a and 4b.
  • the stacks of sheets 4a and 4b are placed inside the coil, so as to constitute magnetic cores.
  • the sheets of FIG. 1 have L-shaped shapes.
  • the two piles 4a and 4b are secured in head-to-tail position, after their installation in the coils, by two welding nets 5a and 5b.
  • Figure 2 shows an example of irregularities in the joining of the sheets. These irregularities in cuts introduce small local air gaps which alter the response of the transformer at low current level.
  • FIG. 3 shows a transformer according to a first embodiment of the invention.
  • a magnetic circuit 4 has only one stack of sheets. Each sheet has a cutout 7 allowing momentary deformation of the magnetic circuit. The sheets of magnetic circuit are stacked so that the cuts coincide in the same plane perpendicular to the surface of said sheets.
  • the magnetic circuit 4 of FIG. 3 has a rectangular shape comprising two long sides 14a and 14c and two short sides 14b and 14d.
  • the side 14c of the magnetic circuit receives a secondary winding coil 3.
  • the cutting is carried out according to the bisector of the right angle formed by the long side 14c and the short side 14d.
  • the irregularities present on each side of the cuts are complementary. This complementarity compensates for the effects of irregularities and no longer disturbs the circulation of the magnetic flux. The appearance of small local air gaps is thus avoided.
  • FIG. 4 A partial view of a cutout in the separated position is shown in FIG. 4.
  • a first irregularity 8 of the cutout beyond a median axis 9 of cutout is compensated by a second irregularity 10, complementary to the first and located at the other side of the cut back from this same median axis.
  • the magnetic circuit 4 of the current transformer comprises a first part 11 constituting the core of the secondary coil 3 and a second part 12 capable of being temporarily deformed.
  • the first part 11 has at least the side 14c receiving the coil.
  • the second part 12 has at least the side 14d adjacent to the side 14c and separated by the cut, or the long side 14a opposite the long side 14c.
  • a first step consists in maintaining the first part 11 of the magnetic circuit and in temporarily deforming the second part 12. Then (second step), while the second part is kept deformed, the first part is introduced inside the coil of so as to constitute the magnetic core. Finally, during a third step, the second part 12 is repositioned in its normal position.
  • FIG. 5 shows a current transformer at the moment when the sheets of part 12 of the magnetic circuit are deformed to allow the positioning of the coil 3 on part 11.
  • the large side 14a of part 12 opposite the large side 14c of the fixed part, is deformed.
  • FIGS. 6 and 7 the fixed and flexible parts 11 and 12 respectively of the magnetic circuit are held by a holding device 13.
  • the device 13 keeps the sheets clamped together and aligned on either side of the cutout so as to avoid air gap risks.
  • the holding device can be integrated into a device receiving the current transformer, for example a circuit breaker.
  • Figures 3 to 7 show magnetic circuits having sheets cut along the bisector of a right angle between two adjacent sides of a rectangular magnetic circuit. However, it is possible to cut the sheets at other locations, for example perpendicular to sides of the magnetic circuit.
  • FIGS. 8 and 9 show other possible examples of cutouts 7.
  • the cutout of FIG. 8 is on the extension of the long side 14c of the fixed part receiving the coil 3, perpendicular to the short side 14d adjacent to the long side 14c, while the cutout in FIG. 9 is on the long side 14c of the magnetic circuit, perpendicular to the axis of the coil 3.
  • the transformers described above comprise a single coil 3, but it is possible, in other embodiments of the invention, to have several coils of secondary winding on the part of the magnetic circuit constituting the core.
  • the magnetic circuits are rectangular, but it is possible to use magnetic circuits of different shape, in particular of square shape.
  • the coil of the secondary winding is preferably located in the longest part of the magnetic circuit, but it could just as easily be arranged on a short side of a rectangular magnetic circuit.

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Abstract

Le transformateur de courant comporte un circuit magnétique (4) et un enroulement secondaire (3). Le circuit magnétique est constitué par des tôles empilées. Chaque tôle comporte une découpe (7) sans entrefer. Le circuit magnétique comporte une première partie fixe (11) permettant de recevoir l'enroulement secondaire et une seconde partie flexible (12) susceptible d'être momentanément déformée. Le transformateur de courant est utilisé avantageusement dans des relais de protection et des déclencheurs électroniques de disjoncteurs. <IMAGE>

Description

  • L'invention concerne un transformateur de courant comportant un circuit magnétique fermé en tôles empilées entourant un conducteur primaire, et un enroulement secondaire dont le noyau est une partie du circuit magnétique.
  • Les transformateurs de courant connus utilisés notamment dans des relais de déclenchement ou des disjoncteurs, fournissent de l'énergie électrique et des signaux de mesure de courant à des unités de traitement. De manière connue, les transformateurs comportent, un enroulement primaire constitué par un conducteur de puissance traversé par un fort courant, un circuit magnétique entourant le conducteur de puissance et un enroulement secondaire constitué par une ou deux bobines situées sur le circuit magnétique.
  • Le circuit magnétique des transformateurs est constitué de tôles empilées. Pour permettre la mise en place des bobines de l'enroulement secondaire, les tôles ont de préférence des formes ouvertes. Les tôles sont introduites à l'intérieur des bobines puis fixées entre elles de manière à fermer le circuit magnétique.
  • La fixation de tôles empilées se fait par des soudures qui maintiennent des piles de tôles bout à bout. Avec ce mode de fixation le circuit magnétique risque de présenter des entrefers importants dus aux irrégularités des découpes des tôles et de l'empilage. Ces entrefers diminuent les performances du transformateur à bas courant.
  • Il existe des transformateurs de courant comportant un circuit magnétique constitué par des tôles fermées et empilées ne présentant pas d'entrefer. Dans ces transformateurs, l'enroulement secondaire doit être bobiné directement sur le circuit magnétique. Ce mode de fabrication élimine les risques de présence d'entrefer mais augmente considérablement la complexité, la durée de fabrication et le coût des transformateurs.
  • L'invention a pour but un transformateur de courant ayant une réponse élevée à bas courant et d'une fabrication simple et rapide.
  • Ce but est atteint par le fait que chaque tôle du circuit magnétique est constituée par une seule pièce entourant le conducteur primaire et comportant une découpe en un seul emplacement, les tôles étant empilées dans une même position, la découpe de chaque tôle coïncidant avec les découpes des autres tôles.
  • Dans un mode préférentiel de réalisation le circuit magnétique comporte une première partie fixe destinée à recevoir l'enroulement secondaire et une seconde partie flexible susceptible d'être momentanément déformée.
  • Le transformateur peut comporter des moyens de maintien pour maintenir les tôles dans le plan de leur découpe.
  • Les découpes des tôles se situent de préférence dans une partie du circuit magnétique prolongeant le noyau de l'enroulement secondaire. Les tôles étant, par exemple, découpées perpendiculairement à l'axe de l'enroulement secondaire ou parallèlement à l'axe de l'enroulement secondaire.
  • Selon un mode particulier de réalisation le circuit magnétique est de forme rectangulaire et comporte un premier grand côté recevant l'enroulement secondaire, un second grand côté opposé au premier grand côté, et deux petits côtés, les découpes du circuit magnétique se situant entre le premier grand côté et un petit côté adjacent. La première partie fixe du circuit magnétique comporte le premier grand côté et la seconde partie flexible comporte au moins le grand côté opposé ou le petit côté adjacent. Dans ce mode de réalisation, les découpes sont de préférence effectuées selon une bissectrice d'un angle droit formé par le premier grand côté et un petit côté adjacent.
  • Dans un procédé de fabrication d'un transformateur selon l'invention, les tôles sont découpées en un seul endroit et empilées en faisant correspondre les découpes de chaque tôle, puis, dans une première étape une partie flexible des tôles du circuit magnétique est déformée, dans une seconde étape une bobine d'enroulement secondaire est disposée sur une partie fixe du circuit magnétique, et dans une troisième étape la partie flexible des tôles du circuit magnétique est remise en position normale, les parties fixe et flexible de chaque tôle étant alignées selon le plan de leur découpe.
  • D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels :
  • La figure 1 représente un transformateur de courant connu à tôles empilées.
  • La figure 2 représente, en vue agrandie, la juxtaposition des tôles empilées du transformateur de la figure 1.
  • La figure 3 représente un mode de réalisation d'un transformateur de courant selon l'invention.
  • La figure 4 montre, en vue agrandie, une découpe d'une tôle du transformateur de la figure 3.
  • La figure 5 montre une déformation momentanée du circuit magnétique du transformateur selon la figure 3.
  • Les figures 6 et 7 montrent deux vues d'un dispositif de maintien des tôles empilées pour un transformateur selon la figure 3.
  • Les figures 8 et 9 montrent deux autres modes de réalisation de transformateurs selon l'invention.
  • Le transformateur connu de la figure 1 comporte un circuit magnétique 1 entourant un conducteur primaire 2 de forte intensité et une bobine 3 formant un enroulement secondaire. Le circuit magnétique est constitué par deux piles de tôles 4a et 4b indépendantes.
  • Lors de la fabrication du transformateur, les piles de tôles 4a et 4b sont placées à l'intérieur de la bobine, de manière à constituer des noyaux magnétiques.
  • Les tôles de la figure 1 ont des formes en L. Les deux piles 4a et 4b sont solidarisées en position tête-bêche, après leur mise en place dans les bobines, par deux filets de soudure 5a et 5b.
  • Aux jointures des piles de tôles, des irrégularités dues aux outils de découpes diminuent les performances du transformateur. La figure 2 montre un exemple d'irrégularités à la jointure des tôles. Ces irrégularités de découpes introduisent de petits entrefers locaux qui altèrent la réponse du transformateur à bas niveau de courant.
  • Dans un transformateur selon l'invention, la réponse pour de faibles valeurs de courant est améliorée.
  • La figure 3 montre un transformateur selon un premier mode de réalisation de l'invention. Un circuit magnétique 4 ne comporte qu'une seule pile de tôles. Chaque tôle a une découpe 7 permettant une déformation momentanée du circuit magnétique. Les tôles du circuit magnétique sont empilées de manière à ce que les découpes coïncident selon un même plan perpendiculaire à la surface desdites tôles.
  • Le circuit magnétique 4 de la figure 3 a une forme rectangulaire comprenant deux grands côtés 14a et 14c et deux petits côtés 14b et 14d. Le côté 14c du circuit magnétique reçoit une bobine d'enroulement secondaire 3. La découpe est effectuée selon la bissectrice de l'angle droit formé par le grand côté 14c et le petit côté 14d.
  • Les irrégularités présentes de chaque côté des découpes sont complémentaires. Cette complémentarité compense les effets des irrégularités et ne perturbe plus la circulation du flux magnétique. L'apparition de petits entrefers locaux est ainsi évitée.
  • Une vue partielle d'une découpe en position écartée est représentée sur la figure 4. Sur cette vue, une première irrégularité 8 de la découpe dépassant un axe médian 9 de découpe est compensée par une seconde irrégularité 10, complémentaire à la première et située de l'autre côté de la découpe en retrait de ce même axe médian.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 3, le circuit magnétique 4 du transformateur de courant comporte une première partie 11 constituant le noyau de la bobine secondaire 3 et une seconde partie 12 susceptible d'être momentanément déformée.
  • La première partie 11 comporte au moins le côté 14c recevant la bobine. La seconde partie 12 comporte au moins le côté 14d adjacent au côté 14c et séparé par la découpe, ou le grand côté 14a opposé au grand côté 14c.
  • La mise en place de la bobine 3 de l'enroulement secondaire sur le circuit magnétique se fait en trois étapes. Une première étape consiste à maintenir la première partie 11 du circuit magnétique et à déformer momentanément la seconde partie 12. Ensuite (seconde étape), pendant que la seconde partie est maintenue déformée, la première partie est introduite à l'intérieur de la bobine de manière à constituer le noyau magnétique. Enfin, lors d'une troisième étape, la seconde partie 12 est repositionnée dans sa position normale.
  • La figure 5 montre un transformateur de courant au moment où les tôles de la partie 12 du circuit magnétique sont déformées pour permettre la mise en place de la bobine 3 sur la partie 11. Sur cette figure seul le grand côté 14a de la partie 12, opposé au grand côté 14c de la partie fixe, est déformé.
  • Sur les figures 6 et 7 les parties fixe et flexible respectivement 11 et 12 du circuit magnétique sont maintenues par un dispositif de maintien 13. Le dispositif 13 maintient les tôles serrées entre elles et alignées de part et d'autre de la découpe de manière à éviter les risques d'entrefer.
  • Dans d'autres modes de réalisation le dispositif de maintien peut être intégré à un appareil recevant le transformateur de courant, par exemple un disjoncteur.
  • Les figures 3 à 7 montrent des circuits magnétiques ayant des tôles découpées selon la bissectrice d'un angle droit entre deux côtés adjacents d'un circuit magnétique rectangulaire. Mais, il est possible de découper les tôles à d'autres emplacements, par exemple perpendiculairement à des côtés du circuit magnétique.
  • Les figures 8 et 9 montrent d'autres exemples possibles de découpes 7. La découpe de la figure 8 se trouve sur le prolongement du grand côté 14c de la partie fixe recevant la bobine 3, perpendiculairement au petit côté 14d adjacent au grand côté 14c, alors que la découpe de la figure 9 est sur le grand côté 14c du circuit magnétique, perpendiculairement à l'axe de la bobine 3.
  • Les transformateurs décrits ci-dessus comportent une seule bobine 3, mais il est possible, dans d'autres modes de réalisation de l'invention, de disposer plusieurs bobines d'enroulement secondaire sur la partie du circuit magnétique constituant le noyau.
  • Dans les exemples cités ci-dessus, les circuits magnétiques sont rectangulaires, mais il est possible d'utiliser des circuits magnétiques de forme différente, notamment de forme carrée.
  • La bobine de l'enroulement secondaire est de préférence située dans la partie la plus longue du circuit magnétique, mais elle pourrait tout aussi bien être disposée sur un petit côté d'un circuit magnétique rectangulaire.

Claims (10)

  1. Transformateur de courant comportant un circuit magnétique fermé (4) en tôles empilées entourant un conducteur (2) primaire, et un enroulement (3, 3a, 3b) secondaire dont le noyau est une partie du circuit magnétique,
    caractérisé en ce que chaque tôle du circuit magnétique est constituée par une seule pièce entourant le conducteur primaire et comportant une découpe (7) en un seul emplacement, les tôles étant empilées dans une même position, la découpe (7) de chaque tôle coïncidant avec les découpes des autres tôles.
  2. Transformateur de courant selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit magnétique (4) comporte une première partie (11) fixe destinée à recevoir l'enroulement (3) secondaire et une seconde partie (12) flexible susceptible d'être momentanément déformée.
  3. Transformateur de courant selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le transformateur comporte des moyens (13) de maintien pour maintenir les tôles dans le plan de leur découpe (7).
  4. Transformateur de courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le circuit magnétique (4) est de forme rectangulaire et comporte un premier grand côté (14c) recevant l'enroulement secondaire, un second grand côté (14a) opposé au premier grand côté, et deux petits côtés (14b, 14c), les découpes (7) du circuit magnétique (4) se situant entre le premier grand côté (14c) et un petit côté adjacent (14d).
  5. Transformateur de courant selon la revendication 4 caractérisé en ce que la première partie (11) fixe du circuit magnétique comporte le premier grand côté (14c) et la seconde partie (12) flexible comporte au moins le grand côté opposé (14d) ou le petit côté adjacent (14d).
  6. Transformateur de courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les découpes (7) des tôles se situent dans une partie du circuit magnétique prolongeant le noyau de l'enroulement secondaire.
  7. Transformateur de courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les découpes (7) des tôles se situent dans une partie (11, 14c) du circuit magnétique prolongeant le noyau de l'enroulement secondaire, les tôles étant découpées perpendiculairement à l'axe de l'enroulement secondaire.
  8. Transformateur de courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les découpes (7) des tôles se situent dans une partie du circuit magnétique prolongeant le noyau de l'enroulement secondaire, les tôles étant découpées parallèlement à l'axe de l'enroulement secondaire.
  9. Transformateur de courant selon quelconque des revendications 4 à 6 caractérisé en ce que les découpes (7) du circuit magnétique (4) sont effectuées selon une bissectrice d'un angle droit formé par le premier grand côté et un petit côté adjacent (14b, 14d).
  10. Procédé de fabrication d'un transformateur de courant comportant un circuit magnétique fermé (4, 4a, 4b) constitué par des tôles empilées, et un enroulement secondaire (3),
    caractérisé en ce que les tôles sont découpées en un seul endroit et empilées en faisant correspondre les découpes (7) de chaque tôle, puis, dans une première étape une partie flexible (12) des tôles du circuit magnétique est déformée, dans une seconde étape une bobine (7) d'enroulement secondaire est disposée sur une partie (11) fixe du circuit magnétique (4), et dans une troisième étape la partie (12) flexible des tôles du circuit magnétique est remise en position normale, les parties fixe (11) et flexible (12) de chaque tôle étant alignées selon le plan de leur découpe (7).
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