TRANSFORMATEUR ELECTRIQUE ET PROCEDE POUR SA FABRICATION

Description

[0001] La présente invention concerne un transformateur électrique destiné notamment mais non limitativement aux puissances dites « moyennes », c'est-à-dire allant de 5 à 1 000 kVA environ, et pour des circuits monophasés ou polyphasés. Ce transformateur comporte un circuit magnétique comprenant au moins une bande de matière magnétique enroulée en un anneau définissant en son milieu une fenêtre circulaire, ainsi que, pour chaque phase, un circuit électrique haute tension et un circuit électrique basse tension tous deux bobinés autour d'un tronçon au moins du circuit magnétique.

[0002] Les adjectifs « haute » et « basse · n'ont ici qu'un sens relatif pour désigner les circuits reliés aux bornes de l'appareil entre lesquelles la tension est en service respectivement la plus élevée et la plus faible.

[0003] La présente invention concerne également un procédé pour la fabrication de ce transformateur. Un tel transformateur est connu par exemple d'après le DE-C-691531 ou d'après le JP-A-5 632 709. L'avantage des noyaux magnétiques circulaires est qu'on peut les rouler de façon très automatisée autour des circuits électriques après avoir terminé et isolé ceux-ci.

[0004] Cependant, le roulage d'un tel noyau magnétique implique que l'on fasse tourner celui-ci autour du tronçon des circuits électriques autour duquel il doit se trouver. Ainsi, de grandes précautions doivent être prises pour éviter de blesser les circuits électriques et leur isolation au cours de cette opération.

[0005] Selon la technique connue, ces précautions consistent à entourer les circuits électriques avec du ruban ou du papier isolant, et à faire en sorte qu'au cours de.son roulage ou même après celui-ci, dans le transformateur terminé, le circuit magnétique ne puisse venir au contact du circuit électrique.

[0006] En cours de fabrication, la pose de l'isolant précité est délicate et difficile à automatiser. Une fois les circuits terminés, ils doivent être soumis à un long séchage sous vide pour extraire l'humidité du papier présent en grande quantité, et qui ne peut remplir son rôle d'isolant électrique que lorsqu'il est sec.

[0007] Par ailleurs, le rendement d'un transformateur est d'autant meilleur que les fenêtres des circuits électriques sont totalement occupées par le circuit magnétique. L'intervalle que l'état de la technique contraint à prévoir entre circuit magnétique et circuits électriques joue un rôle néfaste à cet égard. Il est également néfaste en ce qui concerne le poids et l'encombrement de l'appareil. En outre, cet intervalle implique de fixer les circuits électriques et magnétique indépendamment les uns des autres, ce qui est d'autant plus difficile que les fixations doivent résister aux efforts brusques et violents qui peuvent résulter de l'apparition d'un court-circuit dans le réseau desservi par le transformateur.

[0008] Le US-A-2 498 747 décrit un transformateur triphasé dans lequel le circuit magnétique est constitué de feuillards roulés, mais ce circuit magnétique délimite des fenêtres ovales. Pour fabriquer un tel transformateur il faut réaliser d'abord le circuit magnétique et mettre en place ensuite les circuit électriques en les bobinant autour du noyau magnétique et en coupant celui-ci pour y introduire les circuits et le ressouder après cette introduction. La première méthode est très longue et selon la seconde les soudures introduisent des réluctances additionnelles nuisibles au rendement du transformateur. En outre, la figure 2 montre bien que les fenêtres magnétiques du transformateur sont particulièrement mal remplies par les circuits électriques.

[0009] Le but de la présente invention est de proposer un transformateur du genre précisé au début dans lequel le circuit magnétique puisse être commodément et efficacement formé sur le circuit électrique.

[0010] Suivant l'invention, le transformateur électrique est caractérisé en ce que les circuits électriques sont aménagés dans au moins une carcasse annulaire électriquement isolante qui, en service, est interposée entre les circuits électriques et le tronçon du circuit magnétique qu'ils entourent, la carcasse ayant un profil coïncidant sensiblement avec une partie du profil circulaire de la fenêtre du circuit magnétique.

[0011] Ainsi, la carcasse protège efficacement les circuits électriques, de sorte que les précautions à prendre au cours de l'enroulement sont quasiment inexistantes et de plus l'espace entre les circuits électriques et la carcasse peut être extrêmement réduit voire inexistant ce qui est très avantageux en ce qui concerne le poids, le rendement et l'encombrement du transformateur ainsi réalisé.

[0012] La présence de la carcasse facilite considérablement d'abord le bobinage des circuits électriques, et aussi la réalisation du circuit magnétique qui peut former avec la carcasse un emboîtement pratiquement rigide alors que selon l'état de la technique, tout appui mutuel des circuits magnétique et électriques devait être évité au risque d'endommager l'isolation des circuits électriques. La carcasse peut sans aucune difficulté être fixée solidement à toute pièce de bâti telle qu'une cuve habillant le transformateur.

[0013] Il est vrai que la figure 2 du US-A-2 498 747 semble représenter que les circuits électriques sont enrobés dans une sorte de carcasse. Toutefois, celle-ci n'est pas décrite et on ne comprend pas comment elle peut être mise en place autour des piliers du circuit magnétique après que celui-ci a été constitué.

[0014] De toute façon, comme on l'a vu plus haut, les carcasses suggérées par ce document, employées dans une structure fondamentalement différente, ne procurent pas les effets techniques recherchés selon la présente invention.

[0015] Il est vrai également que, selon le GB-A-540869, le noyau magnétique est constitué d'un fil en acier ou nickel (page 2, lignes 85 à 89), lui- même destiné à être parcouru par un certain courant, et bobiné autour d'une carcasse k. Une telle carcasse est prévue dans la réalisation de la figure 2 mais non dans les autres réalisations. Que cette première carcasse ait ou non été prévue, les enroulements électriques sont ensuite bobinés autour d'autres carcasses (figure 3) et ce d'une manière analogue à celle prévue selon le US-A-2 498 747, et avec les mêmes inconvénients.

[0016] Selon le GB-A-540 869 comme selon le US-A-2 498 747, les éléments constituant les noyaux ne définissent pas de fenêtres circulaires et bien que différant par la façon de réaliser le noyau, ils enseignent exactement la même chose quant à la façon de réaliser les enroulements électriques.

[0017] Finalement, aucun des documents antérieurs ne décrit une carcasse ayant un profil coïncidant sensiblement avec une partie du profil circulaire de la fenêtre du circuit magnétique.

[0018] Dans une version avantageuse de l'invention, adaptée au cas des transformateurs monophasés dans lesquels les enroulements haute et basse tension sont bobinés autour de deux tronçons distincts du circuit magnétique, ou au cas des transformateurs polyphasés, le circuit magnétique présente au moins une fenêtre traversée par deux carcasses entourant deux tronçons de circuit magnétique qui sont opposés relativement à cette fenêtre, chaque carcasse ayant un profil coïncidant sensiblement avec le demi-profil de la fenêtre considérée du circuit magnétique.

[0019] Ainsi, les deux carcasses forment ensemble autour des circuits électriques une gaine isolante qui les sépare complètement du circuit magnétique.

[0020] Selon un autre objet de l'invention, le procédé pour fabriquer un transformateur du genre exposé ci-dessus, à carcasses multiples, est caractérisé en ce que l'on bobine les circuits électriques dans les carcasses, on fixe les carcasses entre elles par un au moins de leurs bords, et en ce qu'ensuite on enroule au moins un feuillard de matière magnétique convenablement refendu autour de chacun de certains au moins des emplacements où deux carcasses sont mutuellement fixées, les carcasses servant de guide pour l'enroulement du feuillard.

[0021] Selon ce procédé, la carcasse, en plus de ses nombreux avantages exposés plus haut, facilite grandement la réalisation du circuit magnétique qui peut être roulé directement sur elle sans risque d'endommager l'isolation électrique.

[0022] D'autres particularités et avantages de l'invention résulteront encore de la description ci-après.

[0023] Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs :

la figure 1 est une vue en élévation latérale d'un transformateur triphasé conforme à l'invention ;

la figure 2 est une vue de dessus du transformateur de la figure 1 ;

la figure 3 est une vue schématique en perspective montrant l'arrangement des circuits électriques et magnétique du transformateur des figures 1 et 2 ;

la figure 4 est une vue de dessus plus détaillée du transformateur, le couvercle de la cuve étant ôté ;

la figure 5 est une vue de dessous du transformateur, le fond de la cuve étant supposé ôté ;

la figure 6 est une vue en coupe selon le plan VI-VI de la figure 4, les deux anneaux magnétiques non situés dans ce plan étant supposés ôtés ;

la figure 7 est une vue schématique d'une carcasse avant assemblage ;

la figure 8 est une vue en coupe selon le plan VIII-VIII de la figure 9 d'une carcasse avec ses circuits électriques ;

la figure 9 est une vue de dessus de la carcasse de la figure 8 ;

les figures 10 et 11 sont des vues à échelle agrandie des détails X et XI de la figure 8 ;

la figure 12 est une vue partielle du circuit magnétique, en coupe selon le plan XII-XII de la figure 6 ;

la figure 13 est une vue schématique montrant les différents feuillards utilisés pour réaliser un anneau magnétique :

la figure 14 est une vue en perspective éclatée, avec arrachement, montrant le montage de la prise basse tension sur le dessus des carcasses ;

la figure 15 est une vue en perspective du commutateur de réglage du rapport de transformation ;

la figure 16 est une vue schématique du câblage des plots de réglage de tension ;

la figure 17 est une vue de dessus, d'un transformateur monophasé avec coupe axiale du circuit magnétique ;

la figure 18 est une vue analogue à la figure 17 mais représentant un transformateur dans lequel les circuits électriques haute tension et basse tension sont montés dans deux carcasses distinctes ;

la figure 19 est une vue d'une variante du transformateur de la figure 18, les circuits électriques étant vus en coupe selon le plan XIX-XIX de la figure 18 ; et

la figure 20 est une vue analogue à la figure 18, mais représentant un transformateur triphasé dans lequel tous les anneaux du circuit magnétique sont situés dans un même plan.

[0024] Dans l'exemple représenté aux figures 1 à 16, le transformateur triphasé est aménagé dans une cuve de section triangulaire à sommets arrondis, présentant un fond 2 et un couvercle 3 dont le pourtour est constitué par une paroi oblique 4 portant selon une disposition angulairement répartie les trois bornes haute tension 6 de l'appareil. En service, la cuve 1 est remplie d'huile minérale électriquement isolante.

[0025] Le transformateur proprement dit comprend un circuit magnétique 7 constitué de trois anneaux circulaires 8 réalisés en tôle magnétique, dont chacun présente une face tronconique 7 par laquelle il est accolé à la face tronconique 7 des deux autres anneaux de façon que les plans des anneaux 8 soient disposés selon les faces latérales d'un prisme. La structure des anneaux magnétiques 8 sera décrite en détail plus loin.

[0026] Le transformateur comprend également des circuits électriques 9 aménagés autour du circuit magnétique, chacun autour de l'un des tronçons où deux anneaux 8 sont accolés.

[0027] Conformément à l'invention, les circuits électriques 9 sont aménagés dans des carcasses 11 présentant une partie centrale tubulaire 12, de section circulaire, autour de laquelle sont bobinés les circuits électriques, et réservant à son intérieur une fenêtre 13 pour le passage des anneaux magnétiques 8. A chaque extrémité de la partie centrale 12 est prévu un rebord 14 dirigé radialement vers l'extérieur, destiné à maintenir latéralement les bobinages électriques. La partie 12 et les deux bords 14 donnent ensemble à la carcasse un profil semi-circulaire.

[0028] Les carcasses 11 sont réalisées en matière isolante telle que la matière plastique. Comme le montre la figure 7, les carcasses 11 sont réalisées en deux parties emboîtées l'une dans l'autre selon une surface d'emboîtement 16 qui entoure la partie centrale 12 à égale distance des bords 14. La surface de joint 16 forme un gradin dont la hauteur peut être ajustée de manière à réserver entre la fenêtre 13 et le logement annulaire réservé aux circuits électriques, un chemin de fuite suffisamment long pour ne pas permettre l'amorçage électrique entre les bobinages électriques et les anneaux magnétiques.

[0029] Chaque carcasse 11 renferme un circuit haute tension 17 (figure 8) et un circuit basse tension 18. Selon une particularité importante de l'invention, le circuit haute tension 17 est formé de spires en fil de cuivre ou d'aluminium situées au fond de la carcasse 11, c'est-à-dire contre la partie centrale 12. Comme le montrent les figures 8 et 10, les spires du circuit 17 sont disposées par rangées 19 séparées par des feuilles de papier isolant 21. A chaque couche, les feuilles 21 ont une largeur légèrement supérieure à la largeur disponible à l'intérieur de la carcasse. Cet excédent de largeur sert à faire de chaque côté de la couche de spires se trouvant au-dessus de la feuille 21 un rebord de papier 22 entre cette couche 19 et la paroi de la carcasse 11.

[0030] Le circuit basse tension 18 est constitué d'un feuillard d'aluminium 23 enroulé autour du circuit haute tension 17. Entre chaque couche du feuillard 23 et chaque bord 14 de la carcasse est interposée une bandelette de carton 24. Le feuillard 23, les bandelettes 24 ainsi qu'une feuille de papier 26 pour la séparation des couches sont roulés en une seule opération, la feuille 26 ayant comme les feuilles 21, un rebord 27 de chaque côté du feuillard 23.

[0031] Entre le circuit haute tension 17 et le circuit basse tension 18 est ménagé un canal annulaire 28 permettant le passage de l'huile à titre de liquide de refroidissement. Le canal 28 est délimité par deux feuilles de carton 29 entretoisées par des baguettes de bois (non représentées) parallèles à l'axe de la carcasse. En face de chaque extrémité annulaire du canal 28, les bords 14 de la carcasse 11 présentent une série d'orifices 31 permettant la communication du canal 28 avec l'extérieur de la carcasse 11.

[0032] Chaque carcasse 11 porte en outre deux cheminées 32 dirigées axialement vers le couvercle 3 de la cuve 1, qui permettent chacune la sortie de l'une des extrémités de l'enroulement haute tension 17. Par ailleurs, chaque carcasse 11 présente une échancrure carrée 33 (figures 8 et 9) dirigée vers l'axe ZZ de l'appareil (figure 4), par laquelle font saillie vers le couvercle 3 deux pattes 34 soudées aux extrémités du circuit basse tension 18.

[0033] Dans l'appareil entièrement monté, les trois carcasses 11 sont situées dans le même plan horizontal parallèle au fond 2 de la cuve et sont fixées les unes aux autres par leurs deux bords 14. A cet effet, chaque bord 14 présente une languette 36 décalée de 30° par rapport à l'échancrure 33, et un logement de forme correspondante 37 situé à l'opposé de la languette 36 par rapport à l'échancrure 33. Les languettes 36 et les logements 37 des différentes carcasses sont emboîtés les uns dans les autres et soudés par ultrasons ou collés.

[0034] Comme le montrent les figures 4, 8 et 9, le positionnement de la partie active du transformateur dans la cuve peut être réalisé exclusivement par l'intermédiaire des carcasses 11 reposant sur la paroi latérale de la cuve 1. Ainsi, les carcasses 11 portent à la fois les circuits électriques 17, 18 et magnétiques 8, ce qui est particulièrement avantageux dans le cas de l'utilisation de matériaux magnétiques perdant sensiblement leurs qualités magnétiques sous l'effet des contraintes mécaniques. Les carcasses 11 qui sont disposées concentriquement aux arrondis de la paroi latérale de la cuve 1 sont chacune portées par quatre équerres 81 soudées de façon angulairement répartie dans cet arrondi. Entre la carcasse 11 et chaque équerre 81 est interposée une cale isolante 82 vissée à l'équerre 81 au moyen d'une vis 83 qui, une fois montée, a sa tête noyée dans un puits 84 de la cale 82 de façon à éviter les risques d'amorçage électrique. Les cales 82 sont épaulées de façon à assurer en même temps le centrage de la partie active du transformateur dans la cuve 1. Une feuille de caoutchouc peut- être interposée entre chaque équerre 81 et la cale 82 pour absorber les vibrations de fonctionnement du transformateur.

[0035] Une prise unique 38 est branchée à la fois sur les six lames 34 reliées aux six extrémités des trois enroulements basse tension 18 contenus dans une des carcasses 11. De la prise 38, qui renferme les connexions internes au transformateur entre les enroulements basse tension, partent trois conducteurs de phase 39 reliés chacun à une borne de phase basse tension 41 aménagée sur un méplat de l'un des angles arrondis de la cuve du transformateur. Un quatrième conducteur (non représenté), situé sous les conducteurs 39, relie la . prise 38 à une borne neutre (non représentée), aménagée sous les bornes 41. Comme le montre la figure 14, la prise 38 porte trois languettes 42 destinées à être soudées par ultrasons ou collées en des emplacements 43 des bobines 11. Une fois cette fixation réalisée, les lames 34 sont ensuite rivées à la prise 38.

[0036] La face inférieure des carcasses 11 présente, à peu près à l'aplomb des lames 34, une série de quatre plots 43 disposés selon un arc de cercle centré sur l'axe ZZ (figure 5). L'appareil comprend en outre un commutateur à trois branches en étoile 44, monté en rotation autour de l'axe ZZ au moyen d'une tige de commande 45 (figure 14) traversant l'appareil selon cet axe, et supporté par deux paliers aménagés dans des cadres triangulaires en matière plastique 46 (figure 5), 47 (figure 4) emboîtés entre les anneaux magnétiques 8, l'un 46 au-dessous l'autre 47 au-dessus des carcasses 11. La prise 38 présente un alésage 48 pour permettre le passage de la tige 45 qui traverse également le couvercle 3 de l'appareil et est reliée à l'extérieur de celui-ci à une molette de commande 49 (figures 1 et 2).

[0037] Chaque branche 51 du commutateur 44 porte à son extrémité une bille 52 poussée par un ressort 53 et prenant appui sur la paroi interne d'un galet tubulaire 54 pouvant prendre au choix trois positions de repos dans lesquelles il est à cheval entre deux plots successifs 43 entre lesquels il établit un court-circuit. Comme le montre la figure 16, les plots 43 sont reliés à l'enroulement haute tension 17 de façon que deux plots successifs 43a, 43b sont reliés à la même spire, le plot 43c étant séparé des plots 43a, 43b par un certain nombre de spires et le plot 43d étant séparé du plot 43c par un nombre double de spires. Ainsi, le commutateur 44 permet à partir de la molette 49 de régler le nombre de spires actives du circuit haute tension, et par suite le rapport de transformation du transformateur.

[0038] Comme le montre la figure 6, dans le transformateur assemblé, la fenêtre circulaire 56 que présente chaque anneau magnétique 8 est occupée en quasi-totalité par deux couples de circuits électriques 17, 18 à l'emplacement où les carcasses 11 qui les contiennent, assemblées par les languettes 36, logements 37, ont ensemble un profil circulaire. Comme les circuits électriques qui se trouvent ainsi juxtaposés dans le plan de chaque anneau 8 sont les circuits basse tension 18, l'espace 57 réservé entre eux peut être très mince sans risque de court-circuit.

[0039] Comme le montrent les figures 4 et 12, outre leur face tronconique 7, les anneaux magnétiques 8 présentent en outre une face sensiblement semi-torique 58 dont le profil est inscrit dans un demi-cercle dont le diamètre correspond sensiblement au diamètre de la fenêtre 13 des carcasses 11. Chaque face sensiblement semi-torique 58 est raccordée par ses deux bords annulaires 59, 61 à la face tronconique 7 de la douille 8. Ainsi, dans la fenêtre 13 de chaque carcasse 11, les deux anneaux 8 accolés ont ensemble un profil circulaire qui occupe en quasi-totalité la fenêtre 13.

[0040] Dans la réalisation représentée, les anneaux 8 sont réalisés au moyen de feuillards de tôle magnétique roulés autour de l'axe géométrique de l'anneau. Pour parvenir au profil voulu des anneaux 8, cinq feuillards sont roulés les uns autour des autres. Le premier 62 a la forme d'un trapèze rectangle dont les bases sont perpendiculaires à la direction longitudinale du feuillard. Ce feuillard est roulé en premier, à partir de sa petite base, et son bord incliné 63 étant dirigé vers l'extérieur de l'appareil. Le feuillard suivant 64 est rectangulaire, il est roulé avec un léger décalage vers l'extérieur de l'appareil à chaque tour de façon que la face 7 de l'anneau ait la conicité voulue avec 60° d'angle au sommet. Le feuillard suivant 66 a de nouveau la forme d'un trapèze rectangle, son bord incliné étant cette fois du côté de l'intérieur de l'appareil. Les feuillards 67 et 68, qui sont roulés ensuite, sont tous deux trapézoïdaux.

[0041] Les feuillards trapézoïdaux peuvent être réalisés sans chute à partir d'un feuillard de largeur constante égale à la somme de la grande base et de la petite base des feuillards trapézoïdaux voulus. En refendant ce feuillard selon une ligne longitudinale oblique, on obtient deux feuillards en forme de trapèze rectangle ayant tous deux les dimensions voulues et pouvant être utilisés dans le cadre de la réalisation de deux des anneaux magnétiques. Ce principe de refendage est schématisé par le feuillard 62' montré en pointillés à la figure 13. Les feuillards 67 et 68 qui constituent des trapèzes non rectangles peuvent être réalisés de la même manière à partir de trapèzes rectangles que l'on incline légèrement.

[0042] On va maintenant décrire le procédé pour fabriquer le transformateur ci-dessus :

- on prépare par refendage les bandes de tôle magnétique nécessaires à la réalisation du circuit magnétique ;

- on bobine sur un mandrin circulaire ayant sensiblement le diamètre du profil des carcasses 11, les feuillards de tôle magnétique dans la position qu'ils devront ensuite occuper dans le transformateur assemblé ;

- on détend des anneaux magnétiques ainsi préassemblés en les soumettant à un traitement thermique de recuit ;

- on déroule les anneaux magnétiques du mandrin précité en les réenroulant au fur et à mesure selon un diamètre d'enroulement plus large ;

- avant, pendant ou après les opérations que l'on vient de décrire, on bobine sur les carcasses 11 les enroulements électriques à haute puis à basse tension ;

- on assemble les carcasses entre elles, on réalise les différentes connections entre les enroulements, notamment en posant la prise 38, et les interconnexions 77 (figure 4) entre les enroulements 17 ;

- on soumet l'ensemble des trois carcasses ainsi assemblées à un étuvage ou à un séchage sous vide destiné à assécher totalement le papier d'isolation des circuits électriques ;

- on bobine ensuite les anneaux magnétiques 8 autour des carcasses 11. Les feuillards destinés à constituer les anneaux 8 prennent d'eux-mêmes la forme voulue puisqu'ils ont été recuits dans cette position ;

- on fixe les carcasses 11 dans-la cuve 1, on connecte les bornes 6 et 41 avec la prise 38 et le réseau d'interconnexions 77, on remplit d'huile et on ferme le couvercle 3.

[0043] La description que l'on vient de faire de l'exemple des figures 1 à 16 a permis de relever les nombreux avantages de l'invention, à savoir : gain de poids et d'encombrement, gain en efficacité et en rendement du transformateur, facilité de fabrication et suppression des nombreux risques qui existaient jusqu'alors d'endommager les circuits électriques au cours de cette fabrication, fixation solide et facile de la partie active dans la cuve grâce aux carcasses qui peuvent être solidement fixées à la cuve sans risque de court-circuit ni risque d'endommager les circuits. Jusqu'à présent, de nombreux procédés consistant à rouler les circuits magnétiques après avoir bobiné les circuits électriques avaient été proposés. Cependant ces procédés, qui devaient permettre d'avoir des circuits magnétiques sans aucune discontinuité, n'avaient jamais reçu d'application pratique car on ne réussissait pas à procéder à ce roulage sans endommager les circuits électriques. L'invention a remédié à cette impossibilité. En outre, le roulage des circuits magnétiques qui peut être effectué sans prendre beaucoup de précaution à l'égard des circuits électriques, est très rapide. Cela permet de gagner du temps, et permet en outre d'étuver les circuits électriques avant la pose des circuits magnétiques. L'étuvage, qui est déjà fortement raccourci à cause de la quantité nettement moindre de papier isolant qui doit être prévue, est encore davantage raccourci en l'absence des circuits magnétiques. Le roulage très rapide des circuits magnétiques ne donne pas le temps au papier isolant de se réimprégner d'humidité avant que l'ensemble soit plongé dans l'huile de la cuve.

[0044] Tous ces avantages obtenus dans le cadre de la réalisation préférée des figures 1 à 16 peuvent également être obtenus dans le cadre d'autres réalisations telles que celles représentées aux figures 17 à 20.

[0045] A la figure 17, le transformateur monophasé comprend un circuit magnétique circulaire 69 dont le profil circulaire s'inscrit exactement dans la fenêtre circulaire 71 d'une carcasse 72 de profil semi-circulaire, qui contient dans son fond un circuit électrique haute tension 73 et sur son pourtour un circuit électrique basse tension 74. Le circuit 74 dépasse largement de la carcasse de sorte que l'ensemble carcasse 72, circuits 73 et 74 a une section sensiblement circulaire qui correspond à peu près à la fenêtre 76 du circuit magnétique 69. Cependant, bien entendu, le contact entre le circuit 74 et l'anneau 69 doit être évité. Un intervalle relativement réduit suffit à cet effet puisque le circuit 74 est le circuit basse tension.

[0046] Dans l'exemple de la figure 18, le circuit 69 est entouré, en deux tronçons diamètralement opposés, par deux carcasses 72 situées sensiblement dans le même plan. L'une des carcasses renferme le circuit électrique haute tension, l'autre le circuit électrique basse tension. L'anneau magnétique 69 peut être circulaire comme les anneaux 8 des figures 1 à 16.

[0047] Cependant comme le montre la figure 19, l'anneau 69 peut également être rectangulaire ou carré, auquel cas, les carcasses 72 sont cylindriques avec des rebords plans. Cette solution avantageuse sur le plan de l'encombrement, présente cependant l'inconvénient que le circuit magnétique ne peut pas être réalisé selon le procédé qui a été décrit en référence aux figures 1 à 5. Il faut soit le réaliser au moyen de tôles empilées assemblées par exemple à onglet, comme représenté à la figure 19, ou alors en tôles roulées directement autour des carcasses, sans possibilité de recuit car celui-ci endommagerait bien entendu les circuits électriques.

[0048] L'exemple de la figure 20 se rapproche de celui de la figure 18 mais appliqué à un transformateur triphasé. Les anneaux magnétiques 69 ont un profil semi-circulaire limité extérieurement par une surface cylindrique 76. Ils sont au nombre de quatre tous disposés dans le même plan avec leurs axes dans le même plan. Les carcasses 72, au nombre de trois, contiennent chacune un circuit haute tension et un circuit basse tension, sont chacune de section semi-circulaire. Elles entourent chacune l'un des tronçons du circuit magnétique où deux anneaux 69 sont tangents. Les carcasses 72 sont elles aussi situées dans le même plan avec leurs axes géométriques dans le même plan.

[0049] On voit donc d'après ces exemples décrits succinctement que les carcasses conformes à l'invention sont applicables à de très nombreuses structures de transformateurs en apportant dans chaque cas des avantages substantiels.

[0050] Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples représentés, et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

[0051] C'est ainsi que l'invention ne se limite pas aux transformateurs monophasés ou triphasés, et que des appareils à plus grand nombre de phases peuvent naturellement être réalisés avec les mêmes avantages.

[0052] L'invention se prête avantageusement à l'utilisation des matières magnétiques amorphes - également appelées verres métalliques - pour réaliser les anneaux magnétiques. En effet, les verres métalliques qui se présentent sous forme de bande de 1/100ième, de mm environ, n'offrent leurs excellentes qualités magnétiques que lorsqu'ils sont exempts de contraintes mécaniques. Cette condition, habituellement difficile à réaliser, est au contraire remplie d'elle-même grâce à l'invention lorsque les carcasses sont seules fixées à la cuve et portent les circuits magnétiques. La feuille de verre métallique peut être routée en une structure voisine de celles représentées aux figures, le nombre de spires d'enroulement étant naturellement bien plus grand.

[0053] Par ailleurs, le feuillard servant à réaliser les circuits électriques basse tension peut être en cuivre. Les canaux de refroidissement 28 peuvent être réalisés à partir d'une pièce profilée en matière plastique souple, ayant sensiblement la forme d'une échelle, qu'on déforme pour en entourer le circuit électrique haute tension avant de rouler le feuillard du circuit électrique basse tension. Les trois plots 43a, appartenant aux trois carcasses 11 peuvent être reliés électriquement ce qui permet de façon très simple de monter le circuit haute tension en étoile.

Revendications

1. Transformateur électrique comportant un circuit magnétique (8, 69) comprenant au moins une bande de matière magnétique enroulée en un anneau définissant en son milieu une fenêtre circulaire (56), ainsi que, pour chaque phase, un circuit électrique haute tension (17, 73) et un circuit électrique basse tension (18, 74) tous deux bobinés autour d'un tronçon au moins du circuit magnétique, caractérisé en ce que les circuits électriques sont aménagés dans au moins une carcasse annulaire électriquement isolante (11, 72), qui, en service, est interposée entre les circuits électriques (17, 18, 73, 74) et le tronçon précité du circuit magnétique (8, 69), la carcasse ayant un profil coïncidant sensiblement avec une partie du profil circulaire de la fenêtre (56) du circuit magnétique.

2. Transformateur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que chaque carcasse (11) est réalisée par emboîtement de deux demi-carcasses selon une surface de joint (16) constituant entre les circuits électriques (17, 73) et le circuit magnétique (8, 69) un chemin de fuite dont la longueur est suffisante pour éviter l'amorçage électrique entre ces circuits.

3. Transformateur conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit magnétique (8, 69) présente au moins une fenêtre (56) traversée par deux carcasses (11) entourant deux tronçons du circuit magnétique (9) qui sont opposés relativement à cette fenêtre, chaque carcasse (11) ayant un profil coïncidant sensiblement avec le demi-profil de la fenêtre considérée du circuit magnétique.

4. Transformateur conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que les deux carcasses (11) sont fixées l'une à l'autre dans la fenêtre (56) du circuit magnétique (9).

5. Transformateur conforme à l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que pour chaque phase, il comprend une carcasse (11), un circuit haute tension (17) réalisé au moyen de fils conducteurs bobinés au fond de la carcasse (11), et un circuit basse tension (18) réalisé au moyen d'une bande conductrice (23) enroulée dans la même carcasse (11) autour du circuit haute tension (17).

6. Transformateur conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que le fil du circuit haute tension (17) est en cuivre tandis que la bande du circuit basse tension (18) est en aluminium.

7. Transformateur conforme à l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que dans chaque carcasse (11), entre les circuits électriques haute (17) et basse tension (18) est ménagé un canal annulaire (28) de refroidissement, qui communique avec l'extérieur de la carcasse (11) par des orifices (31) ménagés dans la paroi (14) de celle-ci.

8. Transformateur conforme à l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les couches de spires de fil du circuit haute tension (17) et les spires du circuit basse tension (18) sont toutes séparées entre elles par du papier isolant (21, 26).

9. Transformateur polyphasé conforme à l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que son circuit magnétique est constitué d'anneaux circulaires (8) au nombre de un par phase, présentant chacun une face sensiblement tronconique (7) par laquelle il est accolé à la face tronconique (7) de deux autres anneaux (8) voisins de façon que les plans des anneaux (8) soient disposés selon les faces latérales d'un prisme, et en ce que le circuit électrique est aménagé dans un nombre égal de carcasses (11) entourant chacune des anneaux (8) à l'emplacement où ceux-ci sont accolés.

10. Transformateur conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que les anneaux (8) du circuit magnétique présentent une face semi-torique (58) raccordée par ses deux bords annulaires (59, 61) aux deux bords annulaires de la face tronconique (7), et en ce que les carcasses (11) sont circulaires et de profil semi-circulaire.

11. Transformateur conforme à l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que chaque carcasse (11) porte une série de plots (43) tous reliés au circuit haute tension (17) mais avec quelques spires de décalage, et en ce que le transformateur porte en outre un commutateur rotatif (44) portant une branche (51) par phase, chacune de ses branches (51) étant en contact avec deux plots (43) successifs de l'une des carcasses (11), de manière à permettre le réglage du rapport de transformation du transformateur par rotation du commutateur (44).

12. Transformateur conforme à la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend une cuve (1) qui renferme les circuits magnétiques (8) et électriques (17, 18) de façon que le plan des carcasses (11) est sensiblement parallèle au fond (2) de la cuve (1), en ce que les plots (43) et le commutateur (44) se trouvent du côté des carcasses (11) dirigé vers le fond ·de la cuve (1), les branches (51) du commutateur (44) étant solidaires d'une tige de commande (45) sortant de la cuve (1) à l'opposé du fond (2).

13. Transformateur conforme à l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que chaque carcasse (11) présente au moins une cheminée (32) permettant au fil du circuit électrique haute tension (17) de passer de l'enroulement haute tension (17) aux bornes de connection haute tension (6) de l'appareil.

14. Transformateur conforme à l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que les deux extrémités de chaque circuit basse tension (17) sont reliées à des fiches (34) ménagées sur un bord (14) de la carcasse opposé au fond de la cuve (2) à proximité de l'axe central (ZZ) du transformateur, et en ce qu'en service une prise uniqùe (38) renfermant les connections désirées entre les enroulements basse tension (18) est branchée sur l'ensemble des fiches' (34).

15. Transformateur conforme à l'une des revendications 3 à 14, caractérisé en ce qu'il est aménagé dans une cuve (1) qui supporte la partie active (8, 17, 18) exclusivement par l'intermédiaire des carcasses (11).

16. Procédé pour fabriquer un transformateur conforme à l'une des revendications 1 à 15, pour réaliser un transformateur à carcasses multiples (11) caractérisé en ce que l'on bobine les circuits électriques (17, 18) dans les carcasses (11), on fixe les carcasses (11) entre elles par l'un au moins de leurs bords (14), et en ce qu'ensuite on enroule au moins un feuillard de matière magnétique convenablement refendu (62, 64, 66 à 68) autour de chacun de certains au moins des emplacements où deux carcasses (11) sont mutuellement fixées, les carcasses (11) servant de guide pour l'enroulement du feuillard.

17. Procédé conforme à la revendication 16, dans lequel la matière magnétique est de la tôle, caractérisé en ce qu'avant de bobiner les feuillards (62, 64, 66 à 68) sur les carcasses (11), on les bobine sur un mandrin circulaire, on les détend par traitement thermique, et on les déroule du mandrin.

18. Procédé conforme à l'une des revendications 16 ou 17, caractérisé en ce qu'avant de réaliser le circuit magnétique (8), on réalise les connexions (38) entre les circuits électriques (17, 18) et on sèche l'ensemble ainsi constitué.

Claims

1. An electrical transformer comprising a magnetic circuit (8, 69) comprising at least one band of magnetic material wound into a ring defining at its centre a circular window (56) and, for each phase, a high-voltage electrical circuit (17, 73) and a low-voltage electrical circuit (18, 74) both wound around one section at least of the magnetic circuit, characterised in that the electrical circuits are formed in at least one electrically insulating annular frame (11, 72) which, in operation, is interposed between the electrical circuits (17, 18, 73, 74) and the said section of the magnetic circuit (8, 69), the frame having a profile which substantially coincides with a part of the circular profile of the window (56) of the magnetic circuit.

2. A transformer according to claim 1, characterised in that each frame (11) is made by fitting together two half-frames along a junction surface (16) which between the electrical circuits (17, 73) and the magnetic circuit (8, 69) forms a leakage path whose length is sufficient to prevent electrical flashover between these circuits.

3. A transformer according to claim 1 or 2, characterised in that the magnetic circuit (8, 69) has at least one window (56) through which extend two frames (11) surrounding two sections of the magnetic circuit (9) which are opposed relatively to said window, each frame (11) having a profile coinciding substantially with the half- profile of the associated window of the magnetic circuit.

4. A transformer according to claim 3, characterised in that the two frames (11) are fixed to one another in the window (56) of the magnetic circuit (9).

5. A transformer according to claim 3 or 4, characterised in that for each phase it comprises a frame (11), a high voltage circuit (17) made from conductive wires wound at the bottom of the frame (11), and a low voltage circuit (18) made from a conductive band (23) wound in the same frame (11) around the high voltage circuit (17).

6. A transformer according to claim 5, characterised in that the wire of the high voltage circuit (17) is made from copper while the band of the low voltage circuit (18) is made of aluminium.

7. A transformer according to claim 5 or 6, characterised in that an annular cooling duct (28) is formed in each frame (11) between the high voltage electrical circuit (17) and the low voltage electrical circuit (18) and communicates with the exterior of the frame (11) via ports (31) formed in the wall (14) thereof.

8. A transformer according to any one of claims 5 to 7, characterised in that the layers of turns of wire of the high voltage circuit (17) and the turns of the low voltage circuit (18) are all separated from one another by insulating paper (21, 26).

9. A polyphase transformer according to any one of claims 3 to 8, characterised in that its magnetic circuit is formed of circular rings (8) of which there is one per phase, each having a substantially frustoconical face (7) by which it is adjacent to the frustoconical face (7) of two other adjacent rings (8) so that the planes of the rings (8) are disposed along the lateral surfaces of a prism, and in that the electrical circuit is formed in an equal number of frames (11), each of which surrounds two rings (8) at the place where they are adjacent to one another.

10. A transformer according to claim 9, characterised in that the rings (8) of the magnetic circuit have a semi-toric face (58) connected by its two annular edges (59, 61) to the two annular edges of the frusto-conical face (7), and in that the frames (11) are circular and of semi-circular profile.

11. A transformer according to claim 9 or 10, characterised in that each frame (11) bears a series of studs (43) all connected to the high voltage circuit (17) but with some offset in respect. of the turns, and in that the transformer also bears a rotary switch (44) having one arm (51) per phase, each of its arms (51) being in contact with two successive studs (43) of one of the frames (11) so as to allow the transformer transformation ratio to be adjusted by rotation of the switch (44).

12. A transformer according to claim 11, characterised in that it comprises a tank (1) which contains the magnetic circuit (8) and the electrical circuits (17, 18) so that the plane of the frames (11) is substantially parallel to the base (2) of the tank (1), in that the studs (43) and the switch (44) are situated on that side of the frames (11) which extends towards the base of the tank (1), the arms (51) of the switch (44) being connected to a control rod (45) which is taken out of the tank (1) at the end remote from the base (2).

13. A transformer according to any one of claims 9 to 12, characterised in that each frame (11) has at least one shaft (32) enabling the wire of the high voltage electrical circuit to pass from the high voltage winding (17) to the high voltage connection terminals (6) of the apparatus.

14. A transformer according to any one of claims 9 to 13, characterised in that the two ends of each low voltage circuit (17) are connected to pins (34) formed on an edge (14) of the frame remote from the tank base (2) near the central axis (ZZ) of the transformer, and in that during operation a single tapping (38) containing the connections required between the low voltage windings (18) is connected to all the pins (34).

15. A transformer according to any one of claims 3 to 14, characterised in that it is arranged in a tank (1) which supports the operative part (8, 17, 18) solely through the agency of the frames (11).

16. A method of making a transformer according to any one of claims 1 to 15, to produce a transformer having multiple frames (11), characterised in that the electrical circuits (17, 18) are wound in the frames (11), the frames are fixed together by at least one of their edges (14), and in that at least one suitably split strip of magnetic material (62, 64, 66 to 68) is then wound around each of at least some of the places where two frames (11) are fixed together, the frames (11) acting as a guide for the winding of the strip.

17. A method according to claim 16, in which the magnetic material is sheet metal, characterised in that the strips (62, 64, 66 to 68) are wound on a circular mandrel before being wound on the frames (11) and are relaxed by heat treatment and then unwound from the mandrel.

18. A method according to claim 16 or 17, characterised in that before the magnetic circuit (8) is produced the connections (38) between the electrical circuits (17, 18) are made and the resulting assembly is dried.

Ansprüche

1. Elektrischer Transformator mit einem magnetischen Kreis (8, 69), der wenigstens ein zu einem in seiner. Mitte ein kreisförmiges Fenster (56) bildenden Ring aufgewickeltes Band aus magnetischem Material aufweist, sowie einen elektrischen Hochspannungskreis (17, 73) und einem elektrischen Niederspannungskreis (18, 74) für jede Phase, welche beide um wenigstens einen Abschnitt des magnetischen Kreises gewickelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Kreise in wenigstens einem elektrisch isolierenden, ringförmigen Gehäuse (11, 72) angeordnet sind, das im Betrieb zwischen den elektrischen Kreisen (17, 18, 73, 74) und dem genannten Abschnitt des magnetischen Kreises (8, 69) angeordnet ist und ein Profil aufweist, das im wesentlichen mit einem Teil des kreisförmigen Profils des Fensters (56) des magnetischen Kreises übereinstimmt.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gehäuse (11) durch Ineinanderstecken zweier Halbgehäuse an einer Verbindungsfläche (16) gebildet ist, die zwischen den elektrischen Kreisen (17, 73) und dem magnetischen Kreis (8, 69) eine Kriechstrecke bildet, deren Länge ausreichend ist, um den elektrischen Überschlag zwischen diesen Kreisen zu verhindern.

3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis (8, 69) wenigstens ein Fenster (56) aufweist, das von zwei Gehäusen (11) durchdrungen ist, die zwei in bezug auf das Fenster entgegengesetzte Abschnitte des magnetischen Kreises (9) umgeben, wobei jedes Gehäuse (11) ein Profil aufweist, das im wesentlichen mit dem Halbprofil des betreffenden Fensters des magnetischen Kreises übereinstimmt.

4. Transformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gehäuse (11) in dem Fenster (56) des magnetischen Kreises (9) aneinander befestigt sind.

5. Transformator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß er für jede Phase ein Gehäuse (11), einen mit Hilfe von auf dem Boden des Gehäuses (11) aufgewickelten Leitungsdrähten gebildeten Hochspannungskreis (17) und einen Niederspannungskreis (18) enthält, der mit Hilfe eines leitenden Bandes (23), das in demselben Gehäuse (11) um den Hochspannungskreis (17) gewickelt ist, gebildet ist.

6. Transformator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht des Hochspannungskreises (17) aus Kupfer besteht, wogegen das Band des Niederspannungskreises (18) aus Aluminium besteht.

7. Transformator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Gehäuse (11) zwischen dem elektrischen Hochspannungskreis (17) und dem elektrischen Niederspannungskreis (18) ein ringförmiger Kühlkanal (28) angeordnet ist, der mit der Außenseite des Gehäuses (11) durch in der Wand (14) des Gehäuses (11) angebrachte Öffnungen (31) in Verbindung steht.

8. Transformator nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickellagen des Hochspannungskreises (17) und die Wikkellagen des Niederspannungskreises (18) alle voneinander durch isolierendes Papier (21, 26) getrennt sind.

9. Mehrphasiger Transformator nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sein magnetischer Kreis durch jeweils einen kreisförmigen Ring (8) pro Phase gebildet ist, welche Ringe jeweils eine im wesentlichen kegelstumpfförmige Oberfläche (7) aufweisen, mit der sie mit der kegelstumpfförmigen Oberfläche (7) von zwei weiteren benachbarten Ringen (8) derart zusammengestellt sind, daß die Ebenen der Ringe (8) wie die Seitenflächen eines Prismas angeordnet sind, und daß der elektrische Kreis in Gehäusen (11) gleicher Anzahl angeordnet ist, die jeweils zwei Ringe (8) an der Stelle, wo sie aneinanderstoßen, umgeben.

10. Transformator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (8) des magnetischen Kreises eine halbtorische Oberfläche (58) aufweisen, die mit ihren zwei ringförmigen Kanten (59, 61) mit zwei ringförmigen Kanten der kegelstumpfförmigen Oberfläche (7) verbunden sind, und daß die Gehäuse (11) kreisförmig ausgebildet sind und ein halbkreisförmiges Profil aufweisen.

11. Transformator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gehäuse (11) eine Reihe von Kontakten (43) trägt, die alle mit dem Hochspannungskreis (17), aber an um einigen windungen versetzten Punkten verbunden sind, und daß der Transformator weiters einen Drehschalter (44) trägt, der einen Zweig (51) pro Phase aufweist, wobei jeder der Zweige (51) in Kontakt mit zwei aufeinanderfolgenden Kontakten eines der Gehäuse (11) ist, so daß durch Drehung des Schalters (44) die Regelung des Übersetzungsverhältnisses des Transformators möglich ist.

12. Transformator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Wanne (1) aufweist, die die magnetischen (8) und elektrischen Kreise (17, 18) in der Art beinhaltet, daß die Ebene der Gehäuse (11) im wesentlichen parallel zum Boden (2) der Wanne (1) verläuft, und daß die Kontakte (43) und der Schalter (44) sich auf der zum Boden der Wanne (1) gerichteten Seite der Gehäuse (11) befinden, wobei die Zweige (51) des Schalters (44) fest mit einer Steuerstange (45) verbunden ist, die die Wanne (1) auf der dem Boden (2) gegenüberliegenden Seite verläßt.

13. Transformator nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gehäuse (11) wenigstens einen Auslaßkanal (32) aufweist, durch den der Draht des Hochspannungskreises (17) von der Hochspannungswicklung (17) ausgehend zu Hochspannungs-Anschlußklemmen (6) des Transformators hindurchtreten kann.

14. Transformator nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden jedes Niederspannungskreises (17) mit Steckern (34) verbunden sind, die auf einer Kante (14) des Gehäuses auf der dem Boden (2) der Wanne gegenüberliegenden Seite in der Nähe der zentralen Achse (ZZ) des Transformators befestigt sind, und daß im Betrieb eine einzige Anschlußbuchse (38), die die gewünschten Verbindungen zwischen den Niederspannungswicklungen (18) enthält, an die Steckeranordnung (34) angeschlossen ist.

15. Transformator nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß er in einer Wanne (1) angeordnet ist, die den aktiven Teil (8, 17, 18) ausschließlich mit Hilfe von den Gehäusen (11) trägt.

16. Verfahren zur Herstellung eines Transformators nach einem der Ansprüche 1 bis 15, zur Bildung eines Transformators mit mehreren Gehäusen (11), dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Kreise (17, 18) in den Gehäusen (11) gewickelt werden, die Gehäuse (11) mitreinander mit wenigstens einer ihrer Kanten (14) verbunden werden und daß anschließend mindestens ein Band (62, 64, 66 bis 68) aus passend zugeschnittenem magnetischen Material um jede wenigstens gewisser Stellen gewickelt wird, an denen zwei Gehäuse (11) aneinander befestigt sind, wobei die Gehäuse (11) als Führung für das Wickeln des Bandes dienen.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das magnetische Material aus Blech gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder (62, 64, 66 bis 68) vor dem Wickeln auf die Gehäuse (11) auf einen zylindrischen Dorn gewickelt werden, durch thermische Behandlung entspannt werden und von dem Dorn abgewickelt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Herstellung des magnetischen Kreises (8) die Verbindungen (38) zwischen den elektrischen Kreisen (17, 18) hergestellt werden und die so gebildete Anordnung getrocknet wird.

Dessins