EP3273454A1 - Electric transformer comprising an insulating material, and method for manufacturing such a transformer - Google Patents

Electric transformer comprising an insulating material, and method for manufacturing such a transformer Download PDF

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EP3273454A1
EP3273454A1 EP17181119.3A EP17181119A EP3273454A1 EP 3273454 A1 EP3273454 A1 EP 3273454A1 EP 17181119 A EP17181119 A EP 17181119A EP 3273454 A1 EP3273454 A1 EP 3273454A1
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winding
insulating material
transformer
electrical transformer
magnetic core
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Céline RIGAUD
Bertrand Chauchat
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Alstom Transport Technologies SAS
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Alstom Transport Technologies SAS
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/324—Insulation between coil and core, between different winding sections, around the coil; Other insulation structures
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    • H01F27/327—Encapsulating or impregnating

Abstract

Ce transformateur électrique (10) comporte: un noyau magnétique (16), un premier bobinage (18) enroulé autour du noyau magnétique (16) et recevant sur son entrée un courant alternatif d'entrée, un deuxième bobinage (20) enroulé autour du noyau magnétique (16) et fournissant sur sa sortie un courant alternatif de sortie, un espace de réception (22) défini entre les premier (18) et deuxième (20) bobinages, et un matériau isolant (30) coulé à l'intérieur de l'espace de réception (22) pour isoler électriquement le premier bobinage (18) du deuxième bobinage (20), le matériau isolant (30) comportant une pluralité de particules d'alumine. Il se caractérise en ce que le matériau isolant (30) comporte un élastomère à base de silicium, renfermant la pluralité de particules d'alumine.This electrical transformer (10) comprises: a magnetic core (16), a first winding (18) wound around the magnetic core (16) and receiving on its input an input AC current, a second winding (20) wound around the magnetic core (16) and providing at its output an alternating output current, a receiving space (22) defined between the first (18) and second (20) coils, and an insulating material (30) cast inside the the receiving space (22) for electrically isolating the first winding (18) of the second winding (20), the insulating material (30) having a plurality of alumina particles. It is characterized in that the insulating material (30) comprises a silicon-based elastomer containing the plurality of alumina particles.

Description

La présente invention concerne un transformateur électrique du type comportant :

  • un noyau magnétique,
  • un premier bobinage enroulé autour du noyau magnétique et recevant sur son entrée un courant alternatif d'entrée,
  • un deuxième bobinage enroulé autour du noyau magnétique et fournissant sur sa sortie un courant alternatif de sortie,
  • un espace de réception défini entre les premier et deuxième bobinages,
  • un matériau isolant coulé à l'intérieur de l'espace de réception pour isoler électriquement le premier bobinage du deuxième bobinage, le matériau isolant comportant une pluralité de particules d'alumine.
The present invention relates to an electrical transformer of the type comprising:
  • a magnetic core,
  • a first winding wound around the magnetic core and receiving on its input an input AC current,
  • a second winding wound around the magnetic core and providing at its output an output AC current,
  • a reception space defined between the first and second coils,
  • an insulating material cast inside the receiving space for electrically isolating the first coil of the second coil, the insulating material having a plurality of alumina particles.

La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel transformateur.The present invention also relates to a method of manufacturing such a transformer.

Dans la description qui va suivre, on appelle « enroulement primaire » le premier bobinage et « enroulement secondaire » le deuxième bobinage.In the following description, the term "primary winding" the first winding and "secondary winding" the second winding.

On connaît un transformateur du type précité. Un tel transformateur est utilisé fréquemment en tant que transformateur sec de distribution ou de puissance, dans un environnement intérieur. Dans ce type de transformateur, le matériau isolant est une résine époxyde comportant notamment des particules d'alumine.A transformer of the aforementioned type is known. Such a transformer is frequently used as a dry distribution or power transformer in an indoor environment. In this type of transformer, the insulating material is an epoxy resin comprising in particular alumina particles.

Un tel matériau isolant est notamment propre à permettre une isolation diélectrique efficace entre l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire du transformateur. Du fait de son excellente tenue au feu, il confère par ailleurs au transformateur une protection accrue contre un risque d'incendie. Il permet également au transformateur d'être protégé efficacement contre les agressions dues à une atmosphère industrielle, telles que des poussières ou des agents chimiques par exemple.Such an insulating material is particularly suitable for allowing effective dielectric isolation between the primary winding and the secondary winding of the transformer. Because of its excellent fire resistance, it also gives the transformer increased protection against a fire hazard. It also allows the transformer to be effectively protected against attacks due to an industrial atmosphere, such as dust or chemical agents for example.

Toutefois, lorsqu'un tel transformateur est utilisé dans un environnement extérieur et/ou dans des conditions thermiques extrêmes, il est soumis à des phénomènes de vibration ou de dilatation plus importants qu'en environnement intérieur. Ces phénomènes génèrent des contraintes mécaniques fortes à l'interface entre les enroulements et le matériau isolant. La résine époxyde employée dans le matériau isolant est alors susceptible de se fissurer à cette interface. De telles fissures sont préjudiciables au bon fonctionnement du transformateur, car des défauts d'isolation électrique sont susceptibles d'apparaître. En outre, l'efficacité du refroidissement d'un tel transformateur n'est pas optimale, l'échange thermique entre le transformateur et l'environnement extérieur étant limité par la nature du matériau isolant employé, en l'occurrence la résine époxyde. De ce fait, des points d'échauffement locaux sont susceptibles d'apparaître sur la surface extérieure du transformateur et d'engendrer une dégradation de la résine époxyde.However, when such a transformer is used in an outdoor environment and / or in extreme thermal conditions, it is subject to greater vibration or expansion phenomena than in the indoor environment. These phenomena generate strong mechanical stresses at the interface between the windings and the insulating material. The epoxy resin used in the insulating material is then likely to crack at this interface. Such cracks are detrimental to the proper functioning of the transformer, because electrical insulation defects are likely to appear. In addition, the cooling efficiency of such a transformer is not optimal, the heat exchange between the transformer and the external environment being limited by the nature of the insulating material used, in this case the epoxy resin. From this As a result, local heat points may appear on the outer surface of the transformer and cause degradation of the epoxy resin.

Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients en proposant un transformateur électrique permettant d'éviter l'apparition de fissures sur le matériau isolant et d'améliorer l'échange thermique avec l'environnement extérieur.The object of the invention is to overcome these disadvantages by providing an electrical transformer to prevent the appearance of cracks on the insulating material and to improve the heat exchange with the external environment.

A cet effet, l'invention a pour objet un transformateur électrique du type précité, caractérisé en ce que le matériau isolant comporte un élastomère à base de silicium, renfermant la pluralité de particules d'alumine.For this purpose, the subject of the invention is an electrical transformer of the aforementioned type, characterized in that the insulating material comprises a silicon-based elastomer containing the plurality of alumina particles.

Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le transformateur électrique comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :

  • L'élastomère à base de silicium est un silicone, se présentant sous la forme d'une résine ;
  • La résine de silicone présente une résistance à la traction de préférence comprise entre 0,5 N/mm2 et 5 N/mm2, de préférence sensiblement égale à 2 N/mm2 ;
  • la pluralité de particules d'alumine présente une fraction volumique de matériau isolant de préférence comprise entre 0,3 et 0,7, de préférence sensiblement égale à 0,5 et une fraction massique de matériau isolant de préférence comprise entre 0,5 et 0,9, de préférence sensiblement égale à 0,8 ;
  • Chaque particule d'alumine présente un diamètre de préférence compris entre 10 µm et 100 µm ;
  • Le noyau magnétique est de forme torique ;
  • La tension du courant alternatif d'entrée dans le premier bobinage est de préférence sensiblement égale à 25 kV ;
  • La tension du courant alternatif de sortie du deuxième bobinage est de préférence comprise entre 3 kV et 5 kV, de préférence égale à 3,6 kV ;
  • Le deuxième bobinage est enroulé autour du matériau isolant et du premier bobinage ;
  • Le matériau isolant est également coulé autour du deuxième bobinage, formant une couche d'enrobage propre à isoler électriquement le deuxième bobinage de l'extérieur du transformateur ;
  • Le transformateur est un transformateur de traction d'un véhicule ferroviaire.
According to other advantageous aspects of the invention, the electrical transformer comprises one or more of the following characteristics, taken individually or in any technically possible combination:
  • The silicon-based elastomer is a silicone, in the form of a resin;
  • The silicone resin has a tensile strength of preferably between 0.5 N / mm 2 and 5 N / mm 2 , preferably substantially equal to 2 N / mm 2 ;
  • the plurality of alumina particles has a volume fraction of insulating material preferably between 0.3 and 0.7, preferably substantially equal to 0.5 and a mass fraction of insulating material preferably between 0.5 and 0 , 9, preferably substantially equal to 0.8;
  • Each alumina particle has a diameter of preferably between 10 microns and 100 microns;
  • The magnetic core is of toric form;
  • The AC input voltage in the first winding is preferably substantially equal to 25 kV;
  • The alternating current output voltage of the second winding is preferably between 3 kV and 5 kV, preferably equal to 3.6 kV;
  • The second winding is wrapped around the insulating material and the first winding;
  • The insulating material is also cast around the second winding, forming a coating layer capable of electrically isolating the second winding from the outside of the transformer;
  • The transformer is a traction transformer of a railway vehicle.

L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un transformateur électrique, le transformateur comportant un noyau magnétique, un premier bobinage recevant sur son entrée un courant alternatif d'entrée, un deuxième bobinage fournissant sur sa sortie un courant alternatif de sortie, un espace de réception défini entre les premier et deuxième bobinages, un matériau isolant comportant une pluralité de particules d'alumine et un élastomère à base de silicium,The subject of the invention is also a method for manufacturing an electrical transformer, the transformer comprising a magnetic core, a first winding receiving on its input an alternating input current, a second winding providing on its output an alternating output current. , a reception space defined between first and second coils, an insulating material comprising a plurality of alumina particles and a silicon-based elastomer,

le procédé comprenant une étape d'enroulement du premier bobinage autour du noyau magnétique et une étape de coulée du matériau isolant à l'intérieur de l'espace de réception pour isoler électriquement le premier bobinage du deuxième bobinage, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :

  • le durcissement du matériau isolant à l'intérieur de l'espace de réception, et
  • l'enroulement du deuxième bobinage autour du matériau isolant et du premier bobinage.
the method comprising a step of winding the first winding around the magnetic core and a step of casting the insulating material inside the receiving space to electrically isolate the first winding of the second winding, the method being characterized in that it includes the following steps:
  • curing the insulating material within the receiving space, and
  • the winding of the second winding around the insulating material and the first winding.

Suivant un autre aspect avantageux de l'invention, le procédé comprend la coulée du matériau isolant autour du deuxième bobinage, et le durcissement du matériau isolant autour du deuxième bobinage, le matériau isolant durci autour du deuxième bobinage formant ainsi une couche d'enrobage propre à isoler électriquement le deuxième bobinage de l'extérieur du transformateur.According to another advantageous aspect of the invention, the method comprises casting the insulating material around the second winding, and hardening the insulating material around the second winding, the insulating material cured around the second winding thus forming a clean coating layer. electrically isolating the second winding from the outside of the transformer.

Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

  • la figure 1 est une vue schématique d'un transformateur électrique selon l'invention ;
  • la figure 2 est une vue en coupe transversale du transformateur électrique de la figure 1 ;
  • la figure 3 est une vue en perspective du transformateur électrique de la figure 1 ; et
  • la figure 4 est un organigramme représentant un procédé de fabrication d'un transformateur électrique selon l'invention.
These features and advantages of the invention will appear on reading the description which follows, given solely by way of example, and with reference to the appended drawings, in which:
  • the figure 1 is a schematic view of an electrical transformer according to the invention;
  • the figure 2 is a cross-sectional view of the electrical transformer of the figure 1 ;
  • the figure 3 is a perspective view of the electrical transformer of the figure 1 ; and
  • the figure 4 is a flow chart showing a method of manufacturing an electrical transformer according to the invention.

La figure 1 représente un transformateur électrique 10 d'un courant alternatif monophasé d'entrée en un courant alternatif monophasé de sortie. Dans l'exemple de réalisation, le transformateur 10 est relié d'une part à un convertisseur de courant 12, fournissant le courant alternatif monophasé d'entrée, et d'autre part à un convertisseur de tension 14, recevant le courant alternatif monophasé de sortie. Dans l'exemple de réalisation, le transformateur 10 est un transformateur sec de traction, pour un véhicule ferroviaire. Le transformateur 10 présente une puissance électrique de valeur par exemple sensiblement égale à 290 kVA.The figure 1 represents an electrical transformer 10 of a single-phase alternating current input to a single-phase alternating current output. In the exemplary embodiment, the transformer 10 is connected on the one hand to a current converter 12, supplying the single-phase AC input power, and on the other hand to a voltage converter 14, receiving the single-phase AC current from exit. In the exemplary embodiment, the transformer 10 is a dry traction transformer for a railway vehicle. The transformer 10 has an electrical power of value for example substantially equal to 290 kVA.

Le convertisseur de courant 12 est par exemple installé sous la caisse du véhicule ferroviaire et est propre à être relié à une caténaire 15, délivrant un courant et présentant une haute tension de valeur, par exemple, égale à 25 kV et une fréquence de valeur, par exemple, égale à 50 Hz. La tension du courant alternatif monophasé d'entrée délivré par le convertisseur 12 présente une valeur par exemple sensiblement égale à 25 kV.The power converter 12 is for example installed under the body of the railway vehicle and is adapted to be connected to a catenary 15, delivering a current and having a high voltage value, for example, equal to 25 kV and a value frequency, by for example, equal to 50 Hz. The voltage of the AC input single phase current delivered by the converter 12 has a value for example substantially equal to 25 kV.

Le convertisseur de tension 14 est par exemple également installé sous la caisse du véhicule ferroviaire et est propre à être relié à un moteur électrique, installé dans le véhicule ferroviaire. Le courant alternatif monophasé de sortie délivré par le transformateur 10 présente une basse tension de valeur par exemple comprise entre 3 kV et 5kV, typiquement de l'ordre de 3,6 kV.The voltage converter 14 is for example also installed under the body of the railway vehicle and is adapted to be connected to an electric motor, installed in the railway vehicle. The single-phase output AC current delivered by the transformer 10 has a low voltage value for example between 3 kV and 5kV, typically of the order of 3.6 kV.

Le transformateur 10 comporte un noyau magnétique 16, un enroulement primaire 18 et un enroulement secondaire 20, couplé magnétiquement à l'enroulement primaire 18. L'enroulement primaire 18 est relié au convertisseur de courant 12 et reçoit sur une entrée le courant alternatif monophasé d'entrée. L'enroulement secondaire 20 est relié au convertisseur de tension 14, et fournit sur une sortie le courant alternatif monophasé de sortie.The transformer 10 comprises a magnetic core 16, a primary winding 18 and a secondary winding 20, magnetically coupled to the primary winding 18. The primary winding 18 is connected to the current converter 12 and receives on an input the single-phase alternating current. 'Entrance. The secondary winding 20 is connected to the voltage converter 14, and provides on one output the single-phase alternating current output.

Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, le noyau magnétique 16 est de forme torique allongée. Il n'est connecté à aucun potentiel électrique et est classiquement formé d'un empilage de tores cylindriques recouvert par une épaisseur de tissu de verre. Chaque tore cylindrique est classiquement formé d'un empilage de tôles magnétiques feuilletées. Le noyau magnétique 16 présente une hauteur par exemple sensiblement égale à 30 cm, un diamètre intérieur par exemple sensiblement égal à 10 cm et un diamètre extérieur par exemple sensiblement égal à 19 cm.In the exemplary embodiment of the figure 2 the magnetic core 16 is of elongated toric form. It is not connected to any electrical potential and is conventionally formed of a stack of cylindrical cores covered by a thickness of glass fabric. Each cylindrical core is conventionally formed of a stack of laminated magnetic sheets. The magnetic core 16 has a height for example substantially equal to 30 cm, an inner diameter for example substantially equal to 10 cm and an outer diameter for example substantially equal to 19 cm.

L'enroulement primaire 18 est par exemple constitué, comme connu en soi, d'un fil de cuivre isolé, enroulé autour du noyau magnétique 16. En variante, l'enroulement primaire 18 est formé de bandes d'un métal conducteur, par exemple du cuivre, les bandes étant enroulées autour du noyau magnétique 16.The primary winding 18 is for example constituted, as known per se, an insulated copper wire, wound around the magnetic core 16. In a variant, the primary winding 18 is formed of strips of a conductive metal, for example copper, the strips being wrapped around the magnetic core 16.

L'enroulement secondaire 20 est classiquement constitué d'un fil de cuivre isolé, enroulé à distance autour de l'enroulement primaire 18.The secondary winding 20 is conventionally made of insulated copper wire, wound remotely around the primary winding 18.

En variante, le noyau magnétique 16 est connecté à une masse électrique. L'enroulement primaire 18 est alors enroulé à distance autour du noyau magnétique 16 et est séparé du noyau magnétique 16 par une couche de matériau isolant 30.Alternatively, the magnetic core 16 is connected to an electrical ground. The primary winding 18 is then wound remotely around the magnetic core 16 and is separated from the magnetic core 16 by a layer of insulating material 30.

Comme illustré sur la figure 2, le transformateur 10 comporte en outre un espace de réception 22, défini par l'espace situé entre l'enroulement primaire 18 et l'enroulement secondaire 20. Le transformateur 10 comporte également une première couche 26 et une deuxième couche 28 d'un matériau isolant 30.As illustrated on the figure 2 the transformer 10 further comprises a receiving space 22 defined by the space between the primary winding 18 and the secondary winding 20. The transformer 10 also comprises a first layer 26 and a second layer 28 of a material insulation 30.

La première couche 26 est formée du matériau isolant 30 coulé à l'intérieur de l'espace de réception 22. Autrement dit, l'enroulement secondaire 20 est séparé de l'enroulement primaire par la première couche 26 de matériau isolant. Dans l'exemple de réalisation, la première couche 26 présente la forme d'un tore creux creux allongé d'épaisseur de préférence comprise entre 12 mm et 14 mm, par exemple sensiblement égale à 13 mm. L'enroulement secondaire 20 est avantageusement enroulé sur la surface extérieure de la première couche 26 de matériau isolant.The first layer 26 is formed of the insulating material 30 cast inside the receiving space 22. In other words, the secondary winding 20 is separated from the primary winding by the first layer 26 of insulating material. In the example of realization, the first layer 26 has the shape of an elongated hollow hollow core of thickness preferably between 12 mm and 14 mm, for example substantially equal to 13 mm. The secondary winding 20 is advantageously wound on the outer surface of the first layer 26 of insulating material.

Avantageusement, la deuxième couche 28 est formée du matériau isolant 30 coulé tout autour de l'enroulement secondaire 20. Autrement dit, la deuxième couche 28 de matériau isolant forme un enrobage propre à isoler électriquement l'enroulement secondaire 20 de l'extérieur du transformateur 10. Dans l'exemple de réalisation, la deuxième couche 28 présente la forme d'un tore creux allongé d'épaisseur de préférence sensiblement égale à 5 mm. Comme illustré sur la figure 3, le tore 28 définit en son centre un conduit cylindrique vide.Advantageously, the second layer 28 is formed of the insulating material 30 cast around the secondary winding 20. In other words, the second layer 28 of insulating material forms a coating capable of electrically isolating the secondary winding 20 from the outside of the transformer 10. In the exemplary embodiment, the second layer 28 has the shape of an elongated hollow core of thickness preferably substantially equal to 5 mm. As illustrated on the figure 3 the torus 28 defines in its center an empty cylindrical conduit.

En variante de réalisation non représentée, une troisième couche de matériau isolant 30 est coulée à l'intérieur du conduit cylindrique défini par le tore 28.In alternative embodiment not shown, a third layer of insulating material 30 is cast inside the cylindrical duct defined by the torus 28.

En variante de réalisation encore, non représentée, la disposition spatiale des enroulements primaire 18 et secondaire 20 est inversée. Plus concrètement, l'enroulement primaire 18 est enroulé autour de l'enroulement secondaire 20, lui-même enroulé autour du noyau magnétique 16. Selon cette variante de réalisation, la deuxième couche 28 de matériau isolant présente la forme d'un tore creux allongé d'épaisseur comprise entre 12 mm et 14 mm, par exemple sensiblement égale à 13 mm.As a further embodiment, not shown, the spatial arrangement of the primary 18 and secondary windings 20 is reversed. More specifically, the primary winding 18 is wound around the secondary winding 20, itself wound around the magnetic core 16. According to this embodiment, the second layer 28 of insulating material has the shape of an elongated hollow torus of thickness between 12 mm and 14 mm, for example substantially equal to 13 mm.

Le matériau isolant 30 est formé d'un mélange solidifié comportant du silicone, sous la forme d'une résine, et des particules d'alumine. Le mélange solidifié 30 est obtenu à partir du mélange entre un premier composé liquide et un deuxième composé liquide, les deux composés liquides étant propre à réagir, dès leur mise en contact, selon un procédé de vulcanisation.. Le premier composé liquide comporte un premier réactif à base de silicium et les particules d'alumine. Le deuxième composé liquide comporte un deuxième réactif à base de silicium et un catalyseur, comportant par exemple du platine sous forme solide. Le mélange solidifié 30 présente une résistance à la traction par exemple égale à 2 N/mm2, un allongement à la rupture par exemple égal à 20 %, et une permittivité par exemple égale à 5. L'ensemble des particules d'alumine présente un volume de préférence sensiblement égal à 0,5 fois le volume du mélange liquide et une masse de préférence sensiblement égale à 0,8 fois la masse du mélange liquide. Chaque particule d'alumine présente un diamètre de préférence compris entre 10 µm et 100 µm. En variante, la résine de silicone est remplacée par tout élastomère à base de silicium.The insulating material 30 is formed of a solidified mixture comprising silicone, in the form of a resin, and particles of alumina. The solidified mixture is obtained from the mixture between a first liquid compound and a second liquid compound, the two liquid compounds being able to react, as soon as they come into contact, according to a vulcanization process. The first liquid compound comprises a first silicon-based reagent and alumina particles. The second liquid compound comprises a second silicon-based reagent and a catalyst, for example comprising platinum in solid form. The solidified mixture has a tensile strength of, for example, 2 N / mm 2 , an elongation at break, for example equal to 20%, and a permittivity, for example equal to 5. All the particles of alumina present a volume preferably substantially equal to 0.5 times the volume of the liquid mixture and a mass preferably substantially equal to 0.8 times the mass of the liquid mixture. Each alumina particle has a diameter of preferably between 10 microns and 100 microns. Alternatively, the silicone resin is replaced by any silicon-based elastomer.

La figure 3 est présentée pour permettre de mieux se rendre compte de l'apparence générale que prend le transformateur électrique 10 selon l'invention. Sur cette figure, l'enroulement secondaire 20 et la première couche 26 de matériau isolant sont représentés en traits pleins. La deuxième couche 28 de matériau isolant est représentée en traits mixtes. Le plan II correspond au plan de coupe selon lequel le transformateur électrique 10 est représenté dans la figure 2. Les connexions électriques du transformateur 10 ne sont pas représentées sur la figure 3.The figure 3 is presented to allow to better realize the general appearance that takes the electrical transformer 10 according to the invention. In this figure, the secondary winding 20 and the first layer 26 of insulating material are represented in solid lines. The second layer 28 of insulating material is shown in phantom. The plane II corresponds to the sectional plane according to which the electrical transformer 10 is represented in the figure 2 . The electrical connections of the transformer 10 are not represented on the figure 3 .

Le fonctionnement du transformateur 10 va désormais être expliqué.The operation of the transformer 10 will now be explained.

Lorsqu'il est utilisé en environnement extérieur par exemple, le transformateur 10 subit des contraintes mécaniques fortes à l'interface entre le matériau isolant 30 et les enroulements primaire 18 et secondaire 20. Les propriétés élastiques du silicone confèrent au matériau isolant 30 une souplesse accrue de sorte que celui-ci ne se fissure pas sous l'effet de ces contraintes mécaniques.When used in an outdoor environment for example, the transformer 10 undergoes strong mechanical stresses at the interface between the insulating material 30 and the primary and secondary windings 18 and 18. The elastic properties of the silicone give the insulating material 30 increased flexibility. so that it does not crack under the effect of these mechanical stresses.

De plus, du fait de l'adjonction des particules d'alumine dans le matériau silicone, le matériau isolant 30 présente une conductivité thermique importante, notamment supérieure à 1 W.m-1.K-1. En outre, du fait de cette conductivité thermique importante du matériau isolant 30, les couches 26, 28 de matériau isolant permettent d'améliorer l'échange thermique entre le transformateur 10 et l'extérieur. Les couches 26, 28 de matériau isolant permettent également d'étaler les pertes thermiques de sorte à ne pas générer localement, sur la surface du transformateur 10, des points à très haute température.In addition, because of the addition of the alumina particles in the silicone material, the insulating material 30 has a high thermal conductivity, especially greater than 1 Wm -1 .K -1 . In addition, because of this significant thermal conductivity of the insulating material 30, the layers 26, 28 of insulating material can improve the heat exchange between the transformer 10 and the outside. The layers 26, 28 of insulating material also make it possible to spread the thermal losses so as not to generate locally, on the surface of the transformer 10, points at a very high temperature.

On conçoit ainsi que le transformateur électrique selon l'invention permet d'éviter l'apparition de fissures sur le matériau isolant et d'améliorer l'échange thermique avec l'environnement extérieur.It is thus conceivable that the electrical transformer according to the invention makes it possible to avoid the appearance of cracks on the insulating material and to improve the heat exchange with the external environment.

La figure 4 illustre un procédé de fabrication du transformateur électrique 10.The figure 4 illustrates a method of manufacturing the electrical transformer 10.

Lors d'une étape 40 initiale, un opérateur enroule l'enroulement primaire 18 autour du noyau magnétique 16.During an initial step 40, an operator winds the primary winding 18 around the magnetic core 16.

Au cours d'une étape 42 suivante, l'opérateur dispose un premier moule creux de forme torique autour de l'enroulement primaire 18. L'intérieur du premier moule creux définit l'espace de réception 22. L'opérateur coule ensuite les deux composés liquides à l'intérieur du premier moule creux, dans des proportions par exemple sensiblement égales.During a next step 42, the operator has a first torus-shaped hollow mold around the primary winding 18. The inside of the first hollow mold defines the receiving space 22. The operator then flows the two liquid compounds inside the first hollow mold, in proportions for example substantially equal.

Au cours d'une étape 44 suivante, le mélange liquide durcit à température ambiante, à l'intérieur du premier moule creux, formant ainsi le mélange solidifié 30. La durée de cette étape de durcissement est par exemple de l'ordre de 48 heures. Une fois durci, le matériau isolant 30 forme la première couche 26 de matériau isolant. L'opérateur enlève alors le premier moule creux.During a subsequent step 44, the liquid mixture cures at room temperature, inside the first hollow mold, thus forming the solidified mixture 30. The duration of this hardening step is for example of the order of 48 hours. . Once cured, the insulating material 30 forms the first layer 26 of insulating material. The operator then removes the first hollow mold.

Au cours d'une étape 46 suivante, l'opérateur enroule l'enroulement secondaire 20 autour de la première couche 26. Autrement dit, l'enroulement secondaire 20 est enroulé à la fois autour de la première couche 26 de matériau isolant et autour de l'enroulement primaire 18.In a subsequent step 46, the operator winds the secondary winding 20 around the first layer 26. In other words, the secondary winding 20 is wound both around the first layer 26 of insulating material and around the primary winding 18.

Au cours d'une étape 48 suivante, l'opérateur dispose un deuxième moule creux de forme torique autour de l'enroulement secondaire 20. L'opérateur coule ensuite les deux composés liquides à l'intérieur du deuxième moule creux.In a subsequent step 48, the operator disposes a second toroid-shaped hollow mold around the secondary winding 20. The operator then flows the two liquid compounds into the second hollow mold.

Au cours d'une étape 50 suivante, le mélange liquide durcit à température ambiante, à l'intérieur du deuxième moule creux, formant ainsi le mélange solidifié 30. Une fois durci, le matériau isolant 30 forme la deuxième couche 28 de matériau isolant. La durée de cette étape de durcissement est par exemple de l'ordre de 48 heures. L'opérateur enlève alors le deuxième moule creux. Comme connu en soi, l'opérateur procède ensuite aux différentes connexions électriques, et le transformateur 10 est obtenu.In a next step 50, the liquid mixture cures at room temperature, inside the second hollow mold, thereby forming the solidified mixture 30. Once cured, the insulating material 30 forms the second layer 28 of insulating material. The duration of this curing step is for example of the order of 48 hours. The operator then removes the second hollow mold. As known per se, the operator then proceeds to the various electrical connections, and the transformer 10 is obtained.

Il est à noter qu'en variante une source de chaleur est mise à proximité des moules creux au cours des étapes 44, 50 de durcissement du mélange liquide, réduisant par là même la durée du durcissement.It should be noted that, alternatively, a heat source is placed near the hollow molds during the hardening steps 44, 50 of the liquid mixture, thereby reducing the duration of the hardening.

Ce procédé de fabrication selon l'invention présente l'avantage de simplifier les opérations de coulée et de moulage. En effet, les étapes 40 et 46 d'enroulement sont séparées par l'étape 42 de coulée, et la fabrication du transformateur électrique est ainsi réalisée par constitution de blocs concentriques successifs. Ce procédé permet également de s'affranchir de l'utilisation d'entretoises de soutien. De telles entretoises sont disposées pour soutenir l'enroulement secondaire, une fois celui-ci enroulé autour de l'enroulement primaire, lors de la fabrication de transformateurs électriques selon des procédés de fabrication de l'art antérieur. Or, lors de la mise en service de tels transformateurs, des phénomènes de cheminement de courant sont susceptibles d'apparaître à la surface de telles entretoises, entraînant ainsi une détérioration des capacités d'isolation diélectrique du matériau isolant.This manufacturing method according to the invention has the advantage of simplifying the casting and molding operations. Indeed, the winding steps 40 and 46 are separated by the casting step 42, and the manufacture of the electrical transformer is thus performed by constituting successive concentric blocks. This method also makes it possible to dispense with the use of support struts. Such spacers are arranged to support the secondary winding, once it wrapped around the primary winding, during the manufacture of electrical transformers according to manufacturing methods of the prior art. However, during the commissioning of such transformers, current flow phenomena are likely to appear on the surface of such spacers, thus causing a deterioration of the dielectric insulation capabilities of the insulating material.

L'homme du métier comprendra que l'invention s'applique de la même manière à tout type de transformateur électrique comprenant un noyau magnétique, un enroulement primaire et un enroulement secondaire, par exemple un transformateur de distribution ou un transformateur de puissance, indépendamment de sa configuration géométrique et de ses caractéristiques électriques. En particulier, l'invention s'applique de la même manière à un transformateur électrique d'un courant alternatif polyphasé en un courant alternatif polyphasé.Those skilled in the art will understand that the invention applies in the same way to any type of electrical transformer comprising a magnetic core, a primary winding and a secondary winding, for example a distribution transformer or a power transformer, independently of its geometric configuration and its electrical characteristics. In particular, the invention applies in the same way to an electrical transformer of a polyphase alternating current into a polyphase alternating current.

Claims (13)

Transformateur électrique (10), du type comportant: - un noyau magnétique (16), - un premier bobinage (18) enroulé autour du noyau magnétique (16) et recevant sur son entrée un courant alternatif d'entrée, - un deuxième bobinage (20) enroulé autour du noyau magnétique (16) et fournissant sur sa sortie un courant alternatif de sortie, - un espace de réception (22) défini entre les premier (18) et deuxième (20) bobinages, - un matériau isolant (30) coulé à l'intérieur de l'espace de réception (22) pour isoler électriquement le premier bobinage (18) du deuxième bobinage (20), le matériau isolant (30) comportant une pluralité de particules d'alumine, caractérisé en ce que le matériau isolant (30) comporte un élastomère à base de silicium, renfermant la pluralité de particules d'alumine.Electrical transformer (10), of the type comprising: a magnetic core (16), a first winding (18) wound around the magnetic core (16) and receiving on its input an alternating input current, a second winding (20) wound around the magnetic core (16) and providing at its output an alternating output current, a reception space (22) defined between the first (18) and second (20) coils, an insulating material (30) cast inside the receiving space (22) for electrically isolating the first winding (18) of the second winding (20), the insulating material (30) having a plurality of particles of alumina, characterized in that the insulating material (30) comprises a silicon-based elastomer containing the plurality of alumina particles. Transformateur électrique (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élastomère à base de silicium est un silicone, se présentant sous la forme d'une résine.An electrical transformer (10) according to claim 1, characterized in that said silicon-based elastomer is a silicone, in the form of a resin. Transformateur électrique (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la résine de silicone présente une résistance à la traction de préférence comprise entre 0,5 N/mm2 et 5 N/mm2, de préférence sensiblement égale à 2 N/mm2.Electrical transformer (10) according to claim 2, characterized in that the silicone resin has a tensile strength preferably between 0.5 N / mm 2 and 5 N / mm 2 , preferably substantially equal to 2 N / mm 2 . Transformateur électrique (10) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pluralité de particules d'alumine présente une fraction volumique de matériau isolant de préférence comprise entre 0,3 et 0,7, de préférence sensiblement égale à 0,5 et une fraction massique de matériau isolant de préférence comprise entre 0,5 et 0,9, de préférence sensiblement égale à 0,8.Electrical transformer (10) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the plurality of alumina particles has a volume fraction of insulating material preferably between 0.3 and 0.7, preferably substantially equal to 0.5 and a mass fraction of insulating material preferably between 0.5 and 0.9, preferably substantially equal to 0.8. Transformateur électrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque particule d'alumine présente un diamètre de préférence compris entre 10 µm et 100 µm.Electrical transformer (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that each particle of alumina has a diameter of preferably between 10 microns and 100 microns. Transformateur électrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le noyau magnétique (16) est de forme torique.Electrical transformer (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic core (16) is of toric form. Transformateur électrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tension du courant alternatif d'entrée dans le premier bobinage (18) est de préférence sensiblement égale à 25 kV.Electrical transformer (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the voltage of the AC input current in the first winding (18) is preferably substantially equal to 25 kV. Transformateur électrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tension du courant alternatif de sortie du deuxième bobinage (20) est de préférence comprise entre 3 kV et 5 kV, de préférence égale à 3,6 kV.Electrical transformer (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the alternating current output voltage of the second winding (20) is preferably between 3 kV and 5 kV, preferably equal to 3.6 kV. Transformateur électrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième bobinage (20) est enroulé autour du matériau isolant (30) et du premier bobinage (18).Electrical transformer (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the second winding (20) is wound around the insulating material (30) and the first winding (18). Transformateur électrique (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le matériau isolant (30) est également coulé autour du deuxième bobinage (20), formant une couche (28) d'enrobage propre à isoler électriquement le deuxième bobinage (20) de l'extérieur du transformateur (10).Electrical transformer (10) according to Claim 9, characterized in that the insulating material (30) is also cast around the second winding (20), forming a coating layer (28) capable of electrically isolating the second winding (20) from outside the transformer (10). Transformateur électrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le transformateur (10) est un transformateur de traction d'un véhicule ferroviaire.Electrical transformer (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the transformer (10) is a traction transformer of a railway vehicle. Procédé de fabrication d'un transformateur électrique (10), le transformateur (10) comportant un noyau magnétique (16), un premier bobinage (18) recevant sur son entrée un courant alternatif d'entrée, un deuxième bobinage (20) fournissant sur sa sortie un courant alternatif de sortie, un espace de réception (22) défini entre les premier (18) et deuxième (20) bobinages, un matériau isolant (30) comportant une pluralité de particules d'alumine et un élastomère à base de silicium,
le procédé comprenant une étape (40) d'enroulement du premier bobinage (18) autour du noyau magnétique (16) et une étape (42) de coulée du matériau isolant (30) à l'intérieur de l'espace de réception (22) pour isoler électriquement le premier bobinage (18) du deuxième bobinage (20), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - le durcissement (44) du matériau isolant (30) à l'intérieur de l'espace de réception (22), et - l'enroulement (46) du deuxième bobinage (20) autour du matériau isolant (30) et du premier bobinage (18). A method of manufacturing an electrical transformer (10), the transformer (10) having a magnetic core (16), a first winding (18) receiving at its input an input AC current, a second winding (20) providing on its output an output AC current, a reception space (22) defined between the first (18) and second (20) coils, an insulating material (30) having a plurality of alumina particles and a silicon-based elastomer ,
the method comprising a step (40) of winding the first winding (18) around the magnetic core (16) and a step (42) of casting the insulating material (30) inside the receiving space (22). ) to electrically isolate the first winding (18) of the second winding (20), the method being characterized in that it comprises the following steps: - hardening (44) of the insulating material (30) inside the receiving space (22), and the winding (46) of the second winding (20) around the insulating material (30) and the first winding (18). Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, les étapes suivantes : - la coulée (48) du matériau isolant (30) autour du deuxième bobinage (20), et - le durcissement (50) du matériau isolant (30) autour du deuxième bobinage (20), le matériau isolant (30) durci autour du deuxième bobinage (20) formant ainsi une couche (28) d'enrobage propre à isoler électriquement le deuxième bobinage (20) de l'extérieur du transformateur (10). Method according to claim 12, characterized in that it further comprises the following steps: casting (48) of the insulating material (30) around the second winding (20), and - The hardening (50) of the insulating material (30) around the second winding (20), the insulating material (30) cured around the second winding (20) thereby forming a coating layer (28) adapted to electrically isolate the second winding (20) from the outside of the transformer (10).
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