Transformateur, notamment abaisseur de tension pour machine à souder électrique

Description

[0001] La présente invention concerne un transformateur, notamment abaisseur de tension, le circuit secondaire d'un tel transformateur, du type constitué d'une bande enroulée, étant en principe parcouru par des courants d'intensité élevée. Comme on le sait, les transformateurs de ce type trouvent une application importante dans les machines à souder électriques, notamment les machines portatives à souder par points, connues sous le nom de pinces à souder, dont le secondaire, lequel peut être parcouru par des intensités très élevées, de l'ordre de quelques milliers d'ampères, alimente des électrodes de soudage.

[0002] L'invention concerne plus spécialement le système de refroidissement de tels transformateurs, et en particulier le refroidissement des enroulements, c'est-à-dire essentiellement du circuit électrique.

[0003] La demanderesse a déjà proposé dans le passé une solution permettant d'augmenter considérablement l'efficacité du système de refroidissement, cette solution consistant, en bref, à refroidir non seulement le circuit secondaire du transformateur, mais également son circuit primaire, et ceci en le divisant en plusieurs parties ou sections séparées par une ou plusieurs spires du circuit secondaire, elles-mêmes directement refroidies par un circuit de refroidissement approprié et en contact thermique avec lesdites parties du circuit primaire; autrement dit, cette solution ancienne consistait à incorporer une ou plusieurs spires refroidies de l'enroulement secondaire du transformateur dans l'enroulement du primaire, pour refroidir également ce dernier.

[0004] Quant audit circuit de refroidissement, on prévoyait de l'élaborer par exemple sous la forme d'une conduite dans laquelle circule un fluide réfrigérant, et incorporée, par exemple en étant brasée, entre deux parties juxtaposées de la bande de cuivre et le cas échéant d'aluminium, enroulée autour du noyau et constituant la ou les spires du circuit secondaire, et ceci selon toutes modalités technologiques appropriées.

[0005] Cette solution s'est avérée satisfaisante dans de nombreux cas, mais les progrès de la technique, notamment dans le domaine du soudage automatique à grande cadence par robots, en ont montré les limites et ont rendu nécessaire de la perfectionner à nouveau pour augmenter encore l'efficacité du refroidissement, et ceci tout en conservant, ce qui est particulièrement indispensable dans ce cas précis d'utilisation, la faculté d'utiliser des transformateurs d'encombrement et de poids aussi réduits que possible et à haut rendement, pour ne pas diminuer les performances intrinsèques desdits robots.

[0006] Or, on ne peut espérer dépasser un certain degré de refroidissement en extrapolant simplement la solution ancienne qui vient d'être décrite et en divisant l'enroulement du primaire en un plus grand nombre de parties ou sections, car cela conduirait automatiquement à augmenter aussi le nombre des spires refroidissantes du circuit secondaire devant séparer ces sections, ce qui est impossible, ce nombre étant lui-même imposé par le rapport de transformation, pour un nombre donné de tours au primaire.

[0007] Le but de la présente invention est de résoudre ce problème, et à cet effet, un transformateur conforme à l'invention, notamment abaisseur de tension pour machine à souder électrique, comportant une ou plusieurs spires refroidies au moyen de conduites à l'intérieur desquelles circule un fluide de refroidissement, lesdites spires étant incorporées ou intercalées dans les enroulements primaire et/ou secondaire et les séparant en plusieurs parties en étant en contact thermique avec celles-ci, est caractérisé en ce que cette ou ces spires sont électriquement inactives, - ont uniquement un rôle de refroidissement- et ne font pas partie des circuits électriques desdits enroulements.

[0008] Ainsi, grâce à l'invention on peut augmenter autant que cela est souhaitable le nombre des sections ou parties en lesquelles on divise l'enroulement primaire (le cas échéant secondaire) du transformateur, deux sections voisines étant séparées à chaque fois par une spire refroidis- sante, puisque la multiplication des spires refroidissantes inactives (ne constituant pas une partie du circuit électrique) n'entraîne aucune modification du rapport de transformation. On conçoit ainsi que l'invention permette d'augmenter encore considérablement l'efficacité du refroidissement du transformateur, en particulier de l'intégralité de son enroulement primaire, tout en rendant ce refroidissement plus homogène que par le passé, ce qui évite le risque d'apparition de points chauds.

[0009] Comme on le voit d'après ce qui précède, l'invention, de par sa conception générale, ne présume en rien la façon dont pourra être constitué le circuit secondaire, mais il est certain, notamment dans le cas des transformateurs abaisseurs pour machines à souder à très haute intensité dans le secondaire, qu'il sera encore tout à fait avantageux de constituer celui-ci essentiellement de la même manière que par le passé, à savoir sous la forme d'une ou plusieurs spires actives (c'est-à-dire constituant précisément ce circuit secondaire) enroulées autour du noyau et également refroidies, ces spires actives pouvant donc avoir une constitution semblable à celle des spires inactives, être également intercalées (le cas échéant) entre différentes sections voisines de l'enroulement primaire, mais étant en nombre strictement limité, à savoir le nombre imposé par le rapport de transformation.

[0010] En d'autres termes, ceci étant, un transformateur conforme à l'invention, en particulier un transformateur abaisseur à haute intensité de soudage, pourra encore se caractériser en ce qu'il comporte d'une part un certain nombre - fonction du rapport de transformation désiré - de spires refroidissantes actives constituant le circuit secondaire, et d'autre part un certain nombre - fonction du degré de refroidissement désiré - de spires refroidissantes supplémentaires ou spires mortes électriquement inactives, ayant unique-

[0011] ment une fonction de refroidissement et ne faisant pas partie du circuit secondaire, tout ou partie de l'ensemble de ces spires actives et spires supplémentaires divisant en sections l'enroulement du circuit primaire.

[0012] L'invention n'exclut, bien entendu, aucune configuration, et l'on pourrait par exemple envisager de diviser l'enroulement du circuit primaire seulement par les spires refroidissantes supplémentaires, c'est-à-dire les spires inactives, tandis que les spires actives du circuit secondaire seraient entièrement à l'intérieur (le cas échéant à l'extérieur) de l'enroulement primaire divisé.

[0013] Quant à la réalisation technologique de ces différentes spires de refroidissement, qu'elles soient actives ou inactives, elle pourra, comme cela a été indiqué plus haut, être de tout type approprié connu, et par exemple mettre en oeuvre des bandes ou lamelles de cuivre laminé juxtaposées de chant, avec intercalation d'une conduite de fluide de refroidissement aplatie et brasée, ou encore des bandes d'aluminium filé avec passage longitudinal central pour ce fluide, etc.

[0014] Il en sera de même - quant aux nombreuses variantes possibles - pour ce qui est du branchement du circuit de refroidissement, lequel pourra, selon la convenance, être réalisé, tant pour ce qui concerne les spires actives que les spires inactives, en un certain nombre de sections connectées en série ou en parallèle, ou encore de façon mixte, et branchées sur une source de fluide de refroidissement adéquate (par exemple de l'eau).

[0015] En tout état de cause, différents modes d'exécution de l'invention, ainsi que certains détails de réalisation, vont maintenant être décrits à titre d'exemples nullement limitatifs, avec référence aux figures du dessin annexé, dans lequel:

- la figure 1 est une vue schématique d'un transformateur réalisé conformément à l'invention, en perspective avec portions arrachées et deux coupes réalisées selon deux plans perpendiculaires et montrant notamment la section transversale des enroulements du primaire et du secondaire d'une part, et les bornes de connexion des différents circuits d'autre part;

- les figures 2 et 3 sont des vues en coupe montrant en section tranversale d'autres agencements possibles des enroulements; et

- les figures 4 et 5 sont des vues en perspective, également schématiques, montrant l'aspect extérieur de deux transformateurs réalisés selon l'invention.

[0016] Sur la figure 1, on a représenté un enroulement primaire réalisé en fil bobiné autour du noyau 1 d'un circuit magnétique 2 en M fermé par une culasse 3, cet enroulement étant divisé en trois parties ou sections 4a, 4b et 4c coaxiales. Les sections 4b et 4c sont séparées par les deux spires actives, elles-mêmes séparées par un isolant électrique 5, d'une bande de cuivre 6 enroulée coaxialement sur ledit noyau et constituant l'enroulement du circuit secondaire. Quant aux sections 4a et 4b, elles sont séparées par une spire supplémentaire 7 inactive, servant uniquement au refroidissement de cette partie intérieure du primaire, et également constituée d'une bande de cuivre enroulée coaxialement sur le noyau.

[0017] Dans cet exemple, on voit que la section transversale de la spire inactive 7 est inférieure à celle de la spire active 6, étant donné qu'elle n'a qu'une fonction de refroidissement et qu'elle n'est pas traversée par du courant.

[0018] Ces deux bandes de cuivre 6 et 7 peuvent être refroidies par tous moyens appropriés, par exemple en étant réalisées chacune sous la forme de deux lamelles en cuivre laminé, respectivement 6a-6b et 7a-7b, juxtaposées de chant, avec intercalation de conduites de refroidissement de cuivre aplaties et brasées sur les chants en regard, et respectivement référencées en 9 et 10, ces conduites suivant bien entendu, pour leur partie entourant le noyau 1, le même cheminement en spirale que les bandes correspondantes.

[0019] D'une façon générale, tout mode de réalisation approprié pourra être adopté et entre autres ceux qui sont connus par le brevet français de la demanderesse n° 1 068 283.

[0020] Sur cette même figure 1, on a référencé en 11 et 12 deux blocs de cuivre brasés sur les deux extrémités sorties de l'enroulement secondaire 6 et servant d'une part à permettre d'établir les connexions électriques du circuit extérieur à relier à cet enroulement, par l'intermédiaire de trous taraudés tels que 13, et d'autre part à permettre la mise en communication des conduites 9 et 10 (lesquelles sont montées en parallèle) avec une source extérieure d'eau de refroidissement (non représentée), lesdits blocs comportant à cet effet des ouvertures d'entrée et de sortie d'eau, respectivement 14 et 15.

[0021] Comme on peut le voir sur la figure, les extrémités d'entrée des conduites 9 et 10 sont toutes deux brasées sur le bloc de connexion 11, de même que l'autre extrémité de la conduite 9 est brasée sur le bloc de connexion 12, tandis que l'extrémité de sortie de la conduite 10, référencée en 16, est reliée à ce même bloc 12 par l'intermédiaire d'un raccord coudé isolant 17, par exemple en caoutchouc, ceci bien entendu pour éviter une mise en court-circuit de l'enroulement secondaire 6 par le circuit d'eau 10 et la spire de refroidissement 7 (voir, au-dessous de la figure 1, la partie représentée arrachée du bloc de connexion inférieur 12). On peut noter ici que les circuits d'eau de refroidissement des enroulements 6 et 7 pourront être en liaison avec ceux prévus ordinairement pour le refroidissement de chacune des électrodes de soudage connectées au secondaire du transformateur; les connexions sur les blocs 11 et 12 pourront s'effectuer avantageusement par l'intermédiaire de joints d'étanchéité élastiques.

[0022] Il est à noter enfin, concernant ces blocs 11 et 12, qu'ils seront de préférence ancrés dans de la résine synthétique polymérisée enrobant-les chignons 18 des enroulements et empêchant les vibrations.

[0023] Aux figures 2 et 3, on a représenté à titre de variantes des dispositions différentes des enroulements primaire et secondaire, la réalisation des différentes connexions pouvant par ailleurs être du même type que celle qui vient d'être décrite avec référence à la figure 1.

[0024] Selon la figure 2, l'enroulement primaire a été divisé en quatre sections 19, les différentes séparations étant fournies par une seule spire centrale 20 de circuit secondaire, et deux spires inactives, l'une extérieure et l'autre intérieure, d'un enroulement supplémentaire coaxial de refroidissement 21. Les circuits de refroidissement respectifs 22 et 23 peuvent être réalisés comme selon la figure 1 (tubes de cuivre aplatis et brasés sur les chants en regard des lamelles constituant les différentes spires).

[0025] Selon la figure 3, la répartition des différents enroulements et sections d'enroulement est semblable à celle de la figure 1, comportant trois sections 24 d'enroulement primaire, avec intercalation de deux spires isolées l'une par rapport à l'autre, d'un enroulement secondaire 25 (avec conduite de refroidissement également en spirale 26), et d'une spire inactive d'un enroulement supplémentaire de refroidissement 27. Cependant, ici la conduite de fluide de refroidissement 28 de l'enroulement 27 est constituée de deux spires (connectées en parallèle ou en série) espacées l'une de l'autre dans le sens de la largeur de la lame, ce qui peut présenter, sur le mode de réalisation de la figure 1, l'avantage d'une meilleure répartition de la température selon la largeur de l'enroulement supplémentaire de refroidissement.

[0026] Enfin, les figures 4 et 5 montrent deux aspects extérieurs possibles de transformateurs établis conformément à l'invention, sans utilisation des blocs de connexion de la figure 1 (sorties des circuits de refroidissement indépendantes).

[0027] Sur ces figures, on a référencé en 29 les deux extrémités sorties de l'enroulement secondaire, comportant des trous 30 pour des vis de connexion. Ces extrémités sont constituées de deux lamelles accolées, ce qui facilite leur pliage 31 vers le raccordement aux extrémités proprement dites de l'enroulement. Ce raccordement (non visible sur les figures) s'effectue en onglet et est assuré par des brasures. On a référencé en outre, en 32 et 33, respectivement l'entrée et la sortie d'eau de la conduite de refroidissement de cet enroulement secondaire. Pour le circuit magnétique, on a utilisé les mêmes références que sur la figure 1.

[0028] Enfin, il y a lieu de noter que, dans le mode de réalisation de la figure 4, on a représenté l'entrée 34 et la sortie 35 de la conduite d'eau de l'enroulement supplémentaire de refroidissement d'un même côté du chignon 18, alors que sur la figure 5, à titre de variante, on les a représentées sur les deux côtés opposés de ce chignon.

[0029] On utilisera l'une ou l'autre configuration, selon les conditions de branchement (on pourrait aussi prévoir une extrémité de l'autre côté du circuit magnétique).

[0030] On remarque qu'avantageusement les extrémités 32 à 35 sont à section circulaire pour faciliter les branchements extérieurs, alors qu'à l'intérieur les conduites de refroidissement sont aplaties, comme signalé plus haut, pour remplir quasi totalement l'espace à section rectangulaire ménagé entre les chants en regard des deux lamelles d'une même bande.

[0031] Ceci est particulièrement vrai pour le nombre et la répartition des différentes parties ou sections de l'enroulement primaire, pour le nombre et la répartition des spires dites actives constituant l'enroulement secondaire, ceux des spires dites inactives constituant l'enroulement supplémentaire de refroidissement, les matières utilisées, sections et autres dimensions des circuits magnétique et électriques, modes de branchement et de connexions, mode de réalisation des différents circuits de refroidissement, applications envisagées, etc.

Revendications

1. Transformateur, notamment abaisseur de tension pour machine à souder électrique, du type dont le circuit secondaire est constitué d'une bande enroulée, comportant une ou plusieurs spires (7) refroidies au moyens de conduites (10) à l'intérieur desquelles circule un fluide de refroidissement, lesdites spires étant incorporées ou intercalées dans les enroulements des circuits primaire (4a, 4b, 4c) et/ou secondaire (6) et les séparant en plusieurs parties en étant en contact thermique avec celles-ci, caractérisé en ce que cette ou ces spires (7) sont électriquement inactives, - ont uniquement un rôle de refroidissement-et ne font pas partie des circuits électriques desdits enroulements.

2. Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte d'une part un certain nombre - fonction du rapport de transformation désiré - de spires refroidissantes actives (6) constituant l'enroulement du circuit secondaire, et d'autre part un certain nombre -fonction du degré de refroidissement désiré - de spires refroidissantes supplémentaires ou spires mortes (7), électriquement inactives, ayant uniquement une fonction de refroidissement et ne faisant pas partie du circuit secondaire, tout ou partie de l'ensemble de ces spires actives (6) et spires supplémentaires (7) divisant en sections (4a, 4b, 4c) l'enroulement du circuit primaire.

3. Transformateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux blocs de connexion (11, 12) reliés électriquement aux extrémités de l'enroulement (6) du circuit secondaire, et servant d'une part à relier ce secondaire au circuit électrique extérieur à alimenter (électrodes de soudage ou autres) et d'autre part à relier la ou les spires refroidissantes (actives 6 et/ou inactives 7) à un circuit d'alimentation en fluide de refroidissement.

4. Transformateur selon la revendication 3, dans lequel, le fluide de refroidissement des spires actives de l'enroulement du circuit secondaire (6) et des spires inactives supplémentaires de refroidissement (7) circule dans des conduites en contact thermique et électrique avec des bandes de métal constituant ces spires, étant par exemple brasées entre les chants en regard de deux lamelles constitutives de ces bandes, caractérisé en ce que les extrémités desdites conduites (9, 10) sont connectées directement - avec contact électrique - auxdits blocs de connexion (11, 12), sauf au moins l'une (16) des extrémités de la conduite de refroidissement de la ou des spires de refroidissement supplémentaires, laquelle est reliée au bloc de connexion correspondant (11 ou 12) par l'intermédiaire d'un manchon isolant (17) empêchant une mise en court-circuit de l'enroulement secondaire (6).

5. Transformateur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la liaison entre lesdits blocs de connexion (11, 12) et les extrémités de l'enroulement (6) du circuit secondaire d'une part, les extrémités (sauf une) du circuit de refroidissement d'autre part, s'effectue par brasage ou soudage, lesdits blocs étant en outre ancrés dans de la résine synthétique polymérisée enrobant les chignons (18) des enroulements.

Claims

1. A transformer, more particularly a stepdown transformer for electrical welding apparatus, the transformer being of the kind in which the secondary circuit is embodied by a wound strip comprising one or more turns (7) cooled by means of ducts (10) through which a cooling fluid flows, the turns being incorporated or interleaved in the windings of the primary circuit (4a, 4b, 4c) and/or secondary circuit (6) and separating them into a number of parts while being in heat contact therewith, characterised in that the or each turn (7) is electrically inoperative, serves solely for cooling and does not form part of the electrical circuits of the windings.

2. A transformer according to claim 1, characterised in that it comprises a number, which depends upon the required transformation ratio, of operative cooling turns (6) forming the secondary circuit winding and a number, which depends upon the required extent of cooling, of supplementary cooling turns or dead turns (7) which are electrically inoperative, serve solely for cooling and do not form part of the secondary circuit, all or some of the system of operative turns (6) and supplementary turns (7) dividing the primary circuit winding into parts or sections (4a, 4b, 4c).

3. A transformer according to claim 1 or 2, characterised in that it comprises at least two connection blocks (11, 12) electrically connected to the ends of the secondary circuit winding (6) and operative to connect the secondary circuit to the external electrical circuit to be energized (welding electrodes or the like) and to connect the or each cooling turn (the or each operative turn (6) and/or the or each inoperative turn (7)) to a cooling fluid supply circuit.

4. A transformer according to claim 3 in which the fluid cooling the operative turns (6) of the secondary circuit winding and the supplementary inoperative cooling turns (7) flows through ducts in thermal and electrical contact with metal strips operative as the turns which are, for example, brazed between the opposite edges of two lamellae which form such strips, characterised in that the ends of the ducts (9,10) are directly connected with electrical contact to the connection blocks (11, 12) except for at least one (16) of the ends of the cooling duct of the or each supplementary cooling turn, such end (16) being connected to the corresponding connection block (11 or 12) by way of an insulating sleeve (17) which prevents short- circuiting of the secondary winding (6).

5. A transformer according to claim 3 or 4, characterised in that the connection between the connection blocks (11, 12) and, on the one hand, the ends of the secondary circuit winding (6) and, on the other hand, the ends (except one) of the cooling circuit, is made by brazing or welding, the connection blocks also being anchored in the polymerized synthetic resin in which the coils (18) of the windings are embedded.

Ansprüche

1. Transformator, insbesondere Spannungsabsenktransformator, für elektrische Schweissmaschinen, derjenigen Bauart, bei der der Sekundärkreis von einem gewickelten Band gebildet ist, der eine oder mehrere Kühlspiralen (7) aufweist, wobei vermittels von Leitungen (10) im Inneren desselben ein Kühlfluid zirkuliert, wobei die genannten Spiralen in den Wicklungen (4a, 4b, 4c) des Primärkreises und/oder Sekundärkreises (6) eingebettet oder zwischengelegt sind und wobei sie diese voneinander an vielen Stellen, dadurch dass sie thermisch mit denen in Kontakt sind, trennen, dadurch gekennzeichnet, dass diese Spiralen (7) elektrisch inaktiv sind, - sie haben nur die Kühlfunktion - und nicht Teil der elektrischen Kreise der genannten Spulenwicklungen sind.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er einerseits eine gewisse Anzahl - abhängig von der gewünschten Transformation-von aktiven Kühlspiralen (6) aufweist, die die Wicklungen des Sekundärkreises bilden und andererseits eine gewisse Zahl - abhängig von dem gewünschten Kühlgrad - von Zusatzwicklungen oder toten Spiralen (7) aufweist, die elektrisch inaktiv sind und einzig eine Kühlfunktion haben und nicht einen Teil des Sekundärkreises bilden, wobei alle oder ein Teil der Gemeinsamtkeit der aktiven Spiralen (6) und der Zusatzspiralen (7) die Spule des Primärkreises in Sektionen (4a, 4b und 4c) aufteilen.

3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens zwei Verbindungsblocks (11 und 12) aufweist, die elektrisch an den Enden der Wicklung (6) des Sekundärkreises verbunden sind und zum einen Teil dazu dienen, diesen Sekundärkreis elektrisch mit einem externen Verbraucher zu verbinden (Schweisselektroden oder anderes) und zum anderen, um die Kühlspule oder -spulen (aktive 6 und/oder inaktive 7) mit einem Versorgungskreis für Kühlflüssigkeit zu verbinden.

4. Transformator nach Anspruch 3, bei dem das Kühlfluid der aktiven Wicklungen des Sekundärkreises (6) und der inaktiven Zusatzkühlwicklungen (7) in diesen Leitungen im thermischen und elektrischen Kontakt mit den Metallbändern zirkuliert, die diese Wicklungen bilden, wobei diese beispielsweise zwischen die Schmalseiten in bezug auf zwei Lamellen, die diese Bänder bilden, gelötet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die äusseren Enden dieser Leiter (9, 10) direkt - mit elektrischem Kontakt - mit den Verbindungsblocks (11, 12) verbunden sind, ohne wenigstens eines (16) der äusseren Enden des Kühlkanales von der oder den Zusatzkühlmittelspiralen, welche letztere an den entsprechenden Verbindungsblock (11 oder 12) durch die Zwischenschaltung einer Isoliermuffe (17), die einen Kurzschluss der Sekundärwicklung (6) verhindert, verbunden ist.

5. Transformator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen den Verbindungsblocks (11, 12) und der äusseren Enden der Wicklungen (6) des Sekundärkreises einerseits und der äusseren Enden (mit Ausnahme von einem) des Kühlkreises andererseits durch Löten oder Schweissen vorgenommen ist, wobei die Blocks andererseits in einem synthetischen Polymerharz eingegossen sind, welches die Knoten (18) der Spulen umgibt.

Dessins