EP3275004B1 - Transformateur triphasé pour redresseur dodécaphasé - Google Patents

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EP3275004B1
EP3275004B1 EP16715028.3A EP16715028A EP3275004B1 EP 3275004 B1 EP3275004 B1 EP 3275004B1 EP 16715028 A EP16715028 A EP 16715028A EP 3275004 B1 EP3275004 B1 EP 3275004B1
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EP
European Patent Office
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transformer
windings
phase
columns
core
Prior art date
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EP16715028.3A
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German (de)
English (en)
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EP3275004A1 (fr
Inventor
Eric BLEIN
Jean-Noël Fiorina
Alessandro ZOPPO
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Vertiv Industrial Systems SAS
Original Assignee
Vertiv Industrial Systems SAS
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Publication date
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Publication of EP3275004B1 publication Critical patent/EP3275004B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F30/00—Fixed transformers not covered by group H01F19/00
    • H01F30/06—Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
    • H01F30/12—Two-phase, three-phase or polyphase transformers
    • H01F30/14—Two-phase, three-phase or polyphase transformers for changing the number of phases
    • 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
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/38—Auxiliary core members; Auxiliary coils or windings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F30/00—Fixed transformers not covered by group H01F19/00
    • H01F30/06—Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
    • H01F30/12—Two-phase, three-phase or polyphase transformers

Definitions

  • the invention relates to the field of electrical engineering, and more particularly power rectifiers. It relates more specifically to a particular transformer structure used to supply two-phase rectifiers. It relates more particularly to a configuration which makes it possible to reduce the rate of harmonic distortion in current and having the minimum possible losses.
  • rectifier systems which are supplied by a mains network supplying a three-phase voltage, and which generate a DC voltage, used to supply various loads.
  • a classic configuration consists in using several three-phase full-wave rectifiers, whose outputs are connected in parallel on a common load, and whose inputs are supplied by a transformer delivering voltage systems phase shifted by an angle depending on the number of rectifiers connected in parallel.
  • a widely used implementation consists in using thyristor rectifiers forming three-phase Graetz bridges, the outputs of which are connected in parallel on a filtering capacitor, and therefore the three-phase inputs are connected to two series of outputs of a three-phase transformer.
  • a transformer comprises three primary windings and two series of three secondary windings.
  • a first series of secondary windings is connected in a star while the second series is connected in a triangle, so that the voltage systems generated by these two systems are phase shifted by 30 °.
  • the first harmonics of order 5 and 7 generated by each of the rectifiers compensate for the primaries, so that the input current of the converter has harmonics whose first rank is of order 11.
  • the transformer comprises a first main core, on which are wound the primary windings and the secondary windings, on three separate columns, each corresponding to a phase of the supply voltage.
  • the transformer also includes an auxiliary core including three separate columns, on each of which is wound only a primary winding.
  • each primary winding is generally composed of a pair of two windings connected in parallel, each of these elementary windings being wound intimately with the secondary winding d 'one of the series. Consequently, the columns of the inductive core or auxiliary core support primary windings, which are traversed by phase-shifted currents. It follows that the magnetic flux within the column is not homogeneous, and varies between the upper part and the lower part of the same column. The Applicant has thus found that phenomena of magnetic leakage occur, with a looping of the magnetic field outside the circuit formed by the secondary core, and in particular through the conductors of the primary windings wound on the inductive core. These phenomena increase the losses and are therefore prejudicial for the efficiency of the transformer. They also increase the harmonic currents in the secondary windings and to a lesser extent in the primary windings.
  • This phenomenon is all the more marked as the power of the converter is high, and more precisely as the intensity of the current circulating in the windings is high. Indeed, to increase the intensity, it is necessary to use conductors in the form of strip which have a large section and a small thickness, to be relatively easily deformable and windable on the columns of the transformer, as opposed to solid conductors flat type. However, the strips have a large width and extend over a larger portion of the column of the inductive core. They are therefore subjected in a more marked manner to parasitic fields as mentioned above.
  • a problem which the invention therefore proposes to solve is that of limiting the rate of harmonic distortion in current (THDI), while reducing the losses present at the transformer, and this while maintaining an optimal compactness of the converter.
  • the Applicant has designed a three-phase transformer for two-phase rectifier including two three-phase full-wave rectifiers connected in series or in parallel depending on the application.
  • This transformer includes a main magnetic core which includes three columns magnetically connected in parallel at their ends by two yokes. On each of these columns is wound a pair of primary windings connected in parallel, corresponding to a phase of the supply network, as well as two secondary windings. Three of these secondary windings, which are wound on separate columns, are connected in star form to the terminals of the transformer which are connected to a first full-wave rectifier. The other three secondary windings are connected in a triangle to the terminals of the transformer which are connected to the other rectifier.
  • the transformer also includes an auxiliary core (or inductive core) which has three columns magnetically connected at their ends by two yokes for closing the magnetic field. On each of these columns are wound the two windings of one of the pairs of primary windings corresponding to a phase.
  • auxiliary core or inductive core
  • this transformer is characterized in that the auxiliary core has a middle magnetic portion connecting the midpoints of each column located between two primary windings of the same pair.
  • the invention consists in providing the inductive auxiliary core in such a way that the magnetic fields generated by the two primary half windings close independently of one another, by additional portions forming an intermediate bridging of the magnetic circuit of the core inductive.
  • the transformer according to the invention comprises two magnetically autonomous inductive half-cores, physically assembled in a single frame.
  • the magnetic leaks are limited, and it is observed that the losses of the transformer are much lower than those observed in a configuration where the characteristic middle portion is absent.
  • the secondary windings of the same column are wound on one of the primary windings of the same column, to ensure optimal coupling, while avoiding parasitic couplings between secondary.
  • the columns of the auxiliary core may have air gaps, typically produced by the separation between different sections stacked to form the columns of the inductive auxiliary core.
  • the invention relates to a transformer 10 , forming part of a converter 1 ensuring an AC-DC conversion. More specifically, the transformer 10 is connected at the input to a three-phase voltage source 2. At the output, the transformer 10 is connected to two three-phase full-wave rectifiers 3 , 4 whose outputs are connected in parallel on a filtering capacitor 5 allowing to deliver a DC voltage between the output terminals 6 , 7 .
  • the transformer 10 comprises six primary windings 11 - 16 , connected in pairs 11 , 14 ; 12 , 15 ; 13 , 16 , at one of the phases 201 , 202 , 203 of the three-phase power source 2.
  • the transformer 10 also includes six secondary windings 21 - 26 each coupled with one of the primary windings 11 - 16 .
  • the secondary windings 21 - 26 are divided into two series.
  • the first series of secondary windings 21 , 22 , 23 is connected in a triangle to the terminals 31 , 32 , 33 of the transformer so as to deliver a system of compound voltages.
  • the second series of secondary windings 24 , 25 , 26 is connected to the common point 28 in star configuration, and connected to the terminals 34 , 35 , 36 of the transformer to which the second rectifier 4 is connected, so as to deliver a system of simple voltages .
  • the transformer 10 comprises six input chokes 41 - 46 each connected on the one hand to a primary winding 11 - 16 , and on the other hand to one of the phases 201 , 202 , 203 from the power source 2.
  • These primary inductors are formed by the primary windings and by the magnetic leakage generated by the auxiliary inductive core.
  • the primary windings enclosing both the auxiliary core and the main core, the latter being itself surrounded by the secondary windings, it is the insertion of the auxiliary core between primary and secondary which increases and controls the magnetic leakage, and therefore constitutes the primary inductance.
  • the invention relates in particular to the mechanical constitution of the transformer 10 , which is in particular illustrated in the figure 2 .
  • the transformer 10 comprises a main core 50 and an auxiliary inductive core 60. These two cores 50 , 60 receive the windings 71-76 which form on the one hand the primary windings 11-16 and on the other hand the inductances 41 - 46.
  • the main core also receives the windings 81 - 84 , which form the secondary 21 - 26 of the transformer.
  • the main core 50 has three columns 51 , 52, 53 which receive the windings 71 - 76 and the secondary windings 81 - 86. These three columns 51 - 53 are connected at the top and bottom by portions forming the yokes 54 , 55 . of course, this core can be made according to the rules of art to optimize performance in terms of yield, especially regarding the choice of materials used, puff up, and assembly of the different elements that form columns and cylinder heads, which can be monolithic or formed by the assembly of separate parts.
  • the secondary core, or inductive core, 60 is also composed of three columns 61 , 62 , 63 , which are magnetically connected by their upper and lower ends by yokes 64 , 65 closing the magnetic circuits.
  • the different columns can be realized by separate sections 66 , 67 , between which a gap 68 is defined making it possible to adjust the value of the inductance formed by the winding produced around the column.
  • the rules of the art are applied to determine the values of these air gaps so as to obtain inductance rates, corresponding to short-circuit impedances of the order of 20%, making it possible to obtain a THDI of the around 5%.
  • the auxiliary core 60 includes a part 69 which bridges the midpoints of the columns 61 , 62 , 63.
  • This intermediate part or median core 69 thus defines two distinct zones of the inductive core 60 in which the transformer primaries dedicated to a given three-phase elementary rectifier. So, as illustrated in the figure 5 , it is observed that the windings 74 are wound around the column 51 of the main core 50 and of the column 61 of the inductive core 60. On the other hand, the winding 84 which constitutes the secondary 24 of the transformer is wound only around the column 51 of the main core 50.
  • the characteristic part 69 of the inductive frame plays an important role in the reduction of magnetic leaks in the auxiliary core 60. More precisely, as mentioned above, the two windings 71 , 74 which are wound around the upper portion 91 and the portion respectively bottom 92 of column 61 are traversed by separate currents. Indeed, the currents flowing through these two windings have harmonic components, and in particular harmonics of rank 5 and 7 which are in phase opposition, because they are generated by the two rectifiers 3 , 4 , which are themselves same supplied by voltage systems phase shifted by 30 °. Consequently, the magnetic fluxes generated by the currents passing through these windings are different between the upper part 91 and the lower part 92 of the column 61.
  • the presence of the characteristic part 69 makes it possible to channel the leakage flux corresponding to the difference between the magnetic fluxes present in the upper 91 and lower parts of the same column.
  • the neighboring conductors are traversed by a negligible leakage flow, and are therefore the seat of less losses by the Joule effect.
  • the harmonic components in particular of order 5 and 7 are less disturbed, and their cancellation because they are in phase opposition from one winding to the other is more effective, with an improvement in the harmonic distortion rate. while running.
  • the configuration illustrated in the figure 4 in which the part 69 forming the median core is unique could be available in different versions, and in particular be produced by two separate parts, so as to form two magnetically independent half inductive core.
  • the transformer according to the invention has multiple advantages, in particular that of significantly reducing the losses linked to the current filtering function produced by the incorporation of input inductors.
  • the reduction of these losses, by channeling the different fluxes generated by this inductance system, makes it possible to limit the Joule losses within the conductors forming the inductors, and in addition to reduce the harmonics in current at the primary.
  • This improvement in efficiency and performance is achieved by retaining optimum compactness of the transformer, which is particularly appreciable for applications requiring a limited footprint.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Description

    Domaine technique
  • L'invention se rattache au domaine de l'électrotechnique, et plus particulièrement des redresseurs de puissance. Elle concerne plus spécifiquement une structure particulière de transformateur employé pour alimenter des redresseurs dodécaphasés. Elle vise plus particulièrement une configuration qui permet de réduire le taux de distorsion harmonique en courant et présentant le minimum de pertes possibles.
    • Arrière-plan de l'invention
  • De façon générale, les installations de conversion d'énergie électrique sont de plus en plus exigeantes en termes de performances. Ainsi, il est généralement réclamé aux convertisseurs de délivrer des tensions ou des courants les plus constantes possibles, tout en générant sur le réseau d'alimentation, ou de manière plus générale sur la source d'alimentation électrique, des perturbations harmoniques les plus faibles possibles.
  • Parmi les convertisseurs les plus courants, on connaît les systèmes redresseurs qui sont alimentés par un réseau secteur délivrant une tension triphasée, et qui génèrent une tension continue, servant à alimenter des charges variées. Une configuration classique consiste à employer plusieurs redresseurs triphasés double alternance, dont les sorties sont connectées en parallèle sur une charge commune, et dont les entrées sont alimentées par un transformateur délivrant des systèmes de tension déphasés d'un angle fonction du nombre de redresseurs connectés en parallèle.
  • Une mise en œuvre largement répandue consiste à utiliser des redresseurs à thyristors formant des ponts de Graetz triphasés, dont les sorties sont connectées en parallèle sur une capacité de filtrage, et donc les entrées triphasées sont reliées à deux séries de sorties d'un transformateur triphasé. Plus précisément, un tel transformateur comprend trois enroulements primaires et deux séries de trois enroulements secondaires. Une première série d'enroulements secondaires est connectée en étoile tandis que la seconde série est connectée en triangle, de sorte que les systèmes de tension générée par ces deux systèmes sont déphasés de 30°. De cette manière, et avec une commande synchronisée des deux redresseurs, les premiers harmoniques d'ordre 5 et 7 générés par chacun des redresseurs se compensent aux primaires, de sorte que le courant d'entrée du convertisseur présente des harmoniques dont le premier rang est d'ordre 11.
  • Pour filtrer la tension de sortie, et pour limiter l'intensité des courants harmoniques en entrée, il est connu d'utiliser des inductances qui peuvent avantageusement être implantées en série avec les enroulements primaires. Dans ce cas, le transformateur comprend un premier noyau principal, sur lequel sont enroulés les enroulements primaires et les enroulements secondaires, sur trois colonnes distinctes, correspondant chacune à une phase de la tension d'alimentation. Le transformateur comprend également un noyau auxiliaire incluant trois colonnes distinctes, sur chacune desquelles est enroulé uniquement un enroulement primaire. Un exemple d'un tel montage est décrit dans les documents GB 1 325 938 et WO 2014/031959 .
    Pour assurer un bon couplage magnétique entre les enroulements primaires et les deux séries d'enroulements secondaires, chaque enroulement primaire est généralement composé d'une paire de deux enroulements connectés en parallèle, chacun de ces enroulements élémentaires étant enroulé intimement avec l'enroulement secondaire d'une des séries. Par conséquent, les colonnes du noyau inductif ou noyau auxiliaire supportent des enroulements primaires, qui sont parcourus par des courants déphasés. Il s'ensuit que le flux magnétique au sein de la colonne n'est pas homogène, et varie entre la partie haute et la partie basse d'une même colonne. Le Demandeur a ainsi constaté que des phénomènes de fuites magnétiques se produisent, avec un rebouclage du champ magnétique en dehors du circuit formé par le noyau secondaire, et en particulier à travers les conducteurs des enroulements primaires enroulés sur le noyau inductif. Ces phénomènes augmentent les pertes et sont donc préjudiciables pour le rendement du transformateur..Ils augmentent également les courants harmoniques dans les enroulements secondaires et dans une moindre mesure dans les enroulements primaires.
  • Ce phénomène est d'autant plus marqué que la puissance du convertisseur est élevée, et plus précisément que l'intensité du courant circulant dans les enroulements est élevée. En effet, pour augmenter l'intensité, il est nécessaire d'utiliser des conducteurs sous forme de feuillard qui présentent une forte section et une faible épaisseur, pour être relativement facilement déformables et enroulables sur les colonnes du transformateur, par opposition à des conducteurs massifs de type méplat. Or, les feuillards présentent une largeur importante et s'étendent sur une portion plus grande de la colonne du noyau inductif. Ils sont donc soumis de manière plus marquée à des champs parasites tels qu'évoqués ci-dessus.
  • Un problème que se propose donc de résoudre l'invention est celui de la limitation du taux de distorsion harmonique en courant (THDI), tout en réduisant les pertes présentes au niveau du transformateur, et ce en conservant une compacité optimale du convertisseur.
    • Exposé de l'invention
  • Pour ce faire, le Demandeur a conçu un transformateur triphasé pour redresseur dodécaphasé incluant deux redresseurs double alternances triphasés reliés en série ou en parallèle selon l'application. Ce transformateur inclut un noyau magnétique principal qui comprend trois colonnes reliées magnétiquement en parallèle au niveau de leurs extrémités par deux culasses. Sur chacune de ces colonnes est enroulée une paire d'enroulements primaires connectés en parallèle, correspondants à une phase du réseau d'alimentation, ainsi que deux enroulements secondaires. Trois de ces enroulements secondaires, qui sont enroulés sur des colonnes distinctes, sont connectés en étoile aux bornes du transformateur qui sont reliées à un premier redresseur double alternance. Les trois autres enroulements secondaires sont quant à eux connectés en triangle aux bornes du transformateur qui sont reliées à l'autre redresseur. Le transformateur comporte également un noyau auxiliaire (ou noyau inductif) qui comporte trois colonnes reliées magnétiquement à leurs extrémités par deux culasses de fermeture du champ magnétique. Sur chacune de ces colonnes sont enroulés les deux enroulements d'une des paires d'enroulements primaires correspondant à une phase.
  • Conformément à l'invention, ce transformateur se caractérise en ce que le noyau auxiliaire comporte une portion magnétique médiane reliant les points milieux de chaque colonne situés entre deux enroulements primaires d'une même paire. Autrement dit, l'invention consiste à prévoir le noyau auxiliaire inductif de telle sorte que les champs magnétiques générés par les deux demis enroulements primaires se referment indépendamment l'un de l'autre, par portions additionnelles formant un pontage intermédiaire du circuit magnétique du noyau inductif.
  • En d'autres termes, le transformateur conforme invention comporte deux demi-noyaux inductifs magnétiquement autonomes, et physiquement rassemblées en un cadre unique. De la sorte, les fuites magnétiques sont limitées, et on observe que les pertes du transformateur sont nettement inférieures à celles observées dans une configuration où la portion médiane caractéristique est absente. Ces avantages sont obtenus sans augmenter l'encombrement global du transformateur, puisque la portion de pontage caractéristique est implantée dans une zone de séparation des deux demi-enroulements primaires, qui doivent être suffisamment éloignés pour éviter les phénomènes de couplage entre enroulements secondaires sur le noyau principal.
  • Avantageusement en pratique, les enroulements secondaires d'une même colonne sont enroulés sur un des enroulements primaires de la même colonne, pour assurer un couplage optimal, tout en lui évitant les couplages parasites entre secondaires.
  • La suppression, ou à tout le moins la très forte limitation des fuites magnétiques au niveau du noyau auxiliaire inductif fait qu'il est ainsi possible d'utiliser des conducteurs pour les enroulements primaires et/ou secondaires qui peuvent être réalisés à partir de feuillard métallique, autorisant ainsi l'utilisation du transformateur avec des intensités particulièrement élevées.
  • Avantageusement en pratique, pour déterminer la valeur d'inductance, on peut prévoir que les colonnes du noyau auxiliaire comportent des entrefers, réalisés typiquement par la séparation entre différentes sections empilées pour former les colonnes du noyau auxiliaire inductif.
    • Description sommaire des figures
  • La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien de la description des modes de réalisations qui suivent, à l'appui des figures annexées dans lesquelles :
    • la figure 1 est un schéma électrique simplifié montrant un convertisseur alternatif continu incluant un transformateur conforme à l'invention
    • la figure 2 est une vue en perspective sommaire d'un transformateur censé de représenter l'invention, mais où la portion magnétique médiane du noyau auxiliaire n'est pas montrée.
    • les figures 3 et 4 sont des vues en perspective sommaire respectivement du noyau principal et du noyau auxiliaire du transformateur de la figure 2
    • la figure 5 est une vue en coupe selon le plan V-V' de la figure 2.
    Description détaillée
  • Comme déjà évoqué, et comme illustré à la figure 1, l'invention concerne un transformateur 10, faisant partie d'un convertisseur 1 assurant une conversion alternatif-continu. Plus précisément, le transformateur 10 est relié en entrée à une source de de tension triphasée 2. En sortie, le transformateur 10 est relié à deux redresseurs triphasés double alternance 3,4 dont les sorties sont reliées en parallèle sur un condensateur de filtrage 5 permettant de délivrer une tension continue entre les bornes de sortie 6,7.
  • Plus précisément, le transformateur 10 comporte six bobinages primaires 11 - 16, reliée par paire 11,14 ; 12,15 ; 13,16, à l'une des phases 201,202,203 de la source d'alimentation triphasée 2. Complémentairement, le transformateur 10 comporte également six enroulements secondaires 21 - 26 couplés chacun avec l'un des enroulements primaires 11 - 16. Les enroulements secondaires 21 - 26 sont répartis en deux séries. La première série d'enroulements secondaires 21,22,23 est connectée en triangle aux bornes 31,32,33 du transformateur de manière à délivrer un système de tensions composées. La seconde série d'enroulements secondaires 24, 25, 26 est reliée au point commun 28 en configuration étoile, et connectée aux bornes 34,35,36 du transformateur auquel est connecté le second redresseur 4, de manière à délivrer un système de tensions simples.
  • Complémentairement, d'un point de vue électrique, le transformateur 10 comporte six inductances d'entrée 41-46 connectées chacune d'une part à un enroulement primaire 11-16, et d'autre part à une des phases 201,202,203 de la source d'alimentation 2. Ces inductances primaires sont formées par les enroulements primaires et par la fuite magnétique générées par le noyau inductif auxiliaire. Les enroulements primaires enserrant à la fois le noyau auxiliaire et le noyau principal, ce dernier étant lui-même entouré par les enroulements secondaires, c'est l'insertion du noyau auxiliaire entre primaire et secondaire qui augmente et contrôle la fuite magnétique, et donc constitue l'inductance primaire.
  • L'invention concerne notamment la constitution mécanique du transformateur 10, qui est en particulier illustrée à la figure 2. Plus précisément, le transformateur 10 comporte un noyau principal 50 et un noyau auxiliaire inductif 60. Ces deux noyaux 50,60 reçoivent les enroulements 71-76 qui forment d'une part les enroulements primaires 11-16 et d'autre part les inductances 41 - 46. Le noyau principal reçoit également les enroulements 81 - 84, qui forment les secondaires 21 - 26 du transformateur.
  • Comme illustré à la figure 3, le noyau principal 50 présente trois colonnes 51,52,53 qui reçoivent les enroulements 71 - 76 et les enroulements secondaires 81 - 86. Ces trois colonnes 51 - 53 sont reliées en partie haute et basse par des portions formant les culasses 54,55. Bien entendu, ce noyau peut être réalisé selon les règles de l'art pour optimiser les performances en termes de rendement, et notamment en ce qui concerne le choix des matériaux employés, la constitution feuilletée, et l'assemblage des différents éléments que forment les colonnes et les culasses, qui peuvent être monolithiques ou formées par l'assemblage de pièces distinctes. Ainsi, pour les petites puissances, il est envisageable d'utiliser des circuits magnétiques type E-I à savoir que les 3 colonnes et une des culasses sont rassemblées au sein d'une pièce de forme générale en E, celui-ci étant fermé par une unique culasse en forme de I. D'un point de vue pratique, les puissances pouvant être importantes, les 3 colonnes sont généralement individualisées et fermées par deux culasses.
  • Comme illustré à la figure 4, le noyau secondaire, ou noyau inductif, 60 est composé également de trois colonnes 61,62,63, qui sont connectées magnétiquement par leurs extrémités hautes et basses par des jougs 64,65 refermant les circuits magnétiques. Les différentes colonnes peuvent être réalisées par des tronçons distincts 66,67, entre lesquels est défini un entrefer 68 permettant de régler la valeur de l'inductance formée par l'enroulement réalisé autour de la colonne. Les règles de l'art sont appliquées pour déterminer les valeurs de ces entrefers de telle sorte à obtenir des taux d'inductances, correspondant à des impédances en court-circuit de l'ordre de 20 % permettant d'obtenir un THDI de l'ordre de 5%.
  • Conformément à l'invention, le noyau auxiliaire 60 comporte une pièce 69 qui assure le pontage des points milieux des colonnes 61,62,63. Cette pièce intermédiaire ou noyau médian 69 définit ainsi deux zones distinctes du noyau inductif 60 dans lesquelles seront bobinés les primaires du transformateur dédiés à un redresseur triphasé élémentaire donné. Ainsi, comme illustré à la figure 5, on observe que les bobinages 74 sont enroulés autour de la colonne 51 du noyau principale 50 et de la colonne 61 du noyau inductif 60. En revanche, l'enroulement 84 qui constitue le secondaire 24 du transformateur est enroulé seulement autour de la colonne 51 du noyau principal 50.
  • La pièce caractéristique 69 du cadre inductif joue un rôle important dans la réduction des fuites magnétiques dans le noyau auxiliaire 60. Plus précisément, comme évoqué précédemment, les deux enroulements 71,74 qui sont enroulés autour respectivement de la portion haute 91 et de la portion basse 92 de la colonne 61 sont parcourus par des courants distincts. En effet, les courants parcourant ces deux enroulements présentent des composantes harmoniques, et en particulier des harmoniques de rang 5 et 7 qui sont en opposition de phase, du fait qu'ils sont générés par les deux redresseurs 3,4, qui sont eux-mêmes alimentés par des systèmes de tension déphasées de 30°. Par conséquent, les flux magnétiques générés par les courants traversant ces enroulements sont différents entre la partie haute 91 et la partie basse 92 de la colonne 61. La présence de la pièce caractéristique 69 permet de canaliser le flux de fuite correspondant à la différence entre les flux magnétiques présents dans les parties haute 91 et basse d'une même colonne. De ce fait, les conducteurs avoisinants sont traversés par un flux de fuite négligeable, et sont donc le siège de moins de pertes par effet Joule. De plus, les composantes harmoniques notamment d'ordre 5 et 7 sont moins perturbées, et leur annulation du fait qu'elles sont en opposition de phase d'un enroulement à l'autre est plus efficace, avec une amélioration du taux de distorsion harmonique en courant.
  • Bien entendu, la configuration illustrée à la figure 4, dans laquelle la pièce 69 formant le noyau médian est unique pourrait être déclinée en différentes versions, et en particulier être réalisée par deux pièces distinctes, de manière à former deux demi noyau inductif indépendants magnétiquement.
  • Il ressort de ce qui précède que le transformateur conforme à l'invention présente de multiples avantages, en particulier celui de réduire nettement les pertes liées à la fonction de filtrage du courant réalisé par l'incorporation d'inductances d'entrée. La diminution de ces pertes, par la canalisation des différents flux générés par ce système d'inductances, permet de limiter les pertes Joule au sein des conducteurs formant les inductances, et complémentairement de réduire les harmoniques en courant au primaire. Cette amélioration du rendement et les performances se font en conservant une compacité optimale du transformateur, particulièrement appréciable pour les applications nécessitant une emprise au sol limitée.

Claims (4)

  1. Transformateur triphasé (10) adapté pour être connecté à un redresseur dodécaphasé incluant deux redresseurs (3,4) double alternance triphasés reliés en parallèle ou en série, comportant :
    • un noyau magnétique principal (50) comportant trois colonnes (51,52,53) reliées magnétiquement en parallèle au niveau de leurs extrémités par deux culasses (54,55), et sur chacune desquelles sont enroulés :
    • une paire d'enroulement primaires (11,14 ;12,15 ;13,16) connectés en parallèle,
    • deux enroulements secondaires (21-26),
    trois des enroulements secondaires (21-23) enroulés sur des colonnes distinctes étant connectés en triangle aux bornes (31-33) du transformateur adaptées pour être reliées à un premier redresseur double alternance triphasé (3), les trois autres enroulements secondaires (24-26) étant connectés en étoile aux bornes (34-36) du transformateur adaptées pour être reliées au second redresseur double alternance triphasé (4),
    • un noyau auxiliaire (60) comportant trois colonnes (61,62,63) reliées magnétiquement à leurs extrémités par deux culasses (64,65) de fermeture du champ, sur chacune des colonnes étant enroulés une desdites paires d'enroulements primaires (11,14 ;12,15 ;13,16),
    et comportant une portion magnétique médiane (69) reliant les points milieux de chaque colonne (61,62,63) situés entre deux enroulements primaires d'une même paire (11,14 ;12,15 ;13,16).
  2. Transformateur selon la revendication 1 dans lequel chaque enroulement primaire d'une même colonne est enroulé sur un des enroulements secondaire de ladite colonne.
  3. Transformateur selon la revendication 1, dans lequel les enroulements primaires et/ou secondaires sont réalisés à partir d'un feuillard métallique.
  4. Transformateur selon la revendication 1 dans lequel les colonnes du noyau auxiliaire (60) comportent des entrefers (68).
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