AUTOTRANSFORMATEUR A DEPHASAGE DE 40°

Description

[0001] L'invention concerne les autotransformateurs utilisés notamment pour la conversion d'énergie électrique alternative (AC) en énergie continue (DC).

[0002] La conversion alternatif/continu à partir d'un courant de réseau d'alimentation en triphasé utilise des ponts redresseurs ; dans la théorie il suffirait d'un seul pont de deux fois trois diodes pour faire le redressement de courant triphasé en courant continu ; mais dans la pratique l'utilisation d'un seul pont alimenté par le réseau triphasé produit un courant continu affecté d'une oscillation résiduelle trop importante, qui n'est pas acceptable pour beaucoup d'applications. De plus, le redressement provoque une réinjection de courants dans le réseau, ces courants ayant des fréquences harmoniques de la fréquence du courant alternatif d'alimentation. Ces réinjections d'harmoniques ne sont pas acceptables si elles sont trop importantes.

[0003] Pour réduire les ondulations résiduelles du courant continu et les harmoniques réinjectés sur le réseau, on a déjà proposé d'augmenter le nombre de phases du courant d'alimentation et le nombre de ponts redresseurs. Ainsi, typiquement, on peut transformer le système triphasé, dont les trois phases sont espacées de 120°, en un système à neuf phases espacées de 40° qui peut être considéré comme un système de trois réseaux triphasés décalés de 40° l'un par rapport à l'autre. Trois ponts de six diodes sont utilisés, chaque pont étant alimenté par l'un de ces réseaux. Ces convertisseurs AC/DC à dix-huit diodes sont appelés aussi convertisseurs à 18 impulsions. Les ondulations résiduelles deviennent faibles, les réinjections d'harmoniques aussi. Les neuf phases sont produites à partir de transformateurs. Des autotransformateurs peuvent être utilisés pour réduire le poids et l'encombrement s'il n'y a pas de contrainte d'isolation entre les potentiels du côté du réseau d'alimentation et les potentiels du côté de l'utilisation.

[0004] Le brevet US 5,124,904 décrit un convertisseur à 18 impulsions. La tension continue obtenue à partir de ce système à neuf phases est plus élevée que celle qui serait obtenue à partir de trois phases, pour diverses raisons, incluant le fait que l'oscillation résiduelle est plus faible et que la tension continue dépend de la valeur moyenne de l'oscillation résiduelle. Pour des raisons de compatibilité d'équipements par exemple (tension triphasée imposée, tension continue d'utilisation imposée) on peut souhaiter qu'il n'y ait pas cette modification de niveau de tension continue lorsqu'on remplace le redressement à 6 diodes par un redressement à 18 diodes. Pour éviter d'aboutir à une tension continue plus élevée que celle que donnerait un redressement simplement triphasé (pour la même valeur de tension d'alimentation triphasée) il faut alors prévoir dans l'autotransformateur des moyens supplémentaires de réduction de tension. Dans le brevet US 5,124,904, une réalisation prévoit que ces moyens sont constitués par des enroulements supplémentaires qui accroissent la complexité et le poids, ainsi que les taux de réactances de fuite.

[0005] Le brevet US 5,619,407 décrit un autotransformateur selon le préambule de la revendication 1 et propose une solution différente pour réduire la tension continue fournie en sortie des ponts redresseurs. Cette solution n'utilise pas d'enroulements supplémentaires, mais elle est peu satisfaisante car elle aboutit à une structure d'autotransformateur non symétrique ; cette absence de symétrie conduit à une distorsion harmonique et donc une réinjection trop importante d'harmoniques vers le réseau d'alimentation ; cette distorsion est d'autant plus significative que le pourcentage de réduction de tension est important (pourcentage par rapport à la tension continue que fournirait le redressement triphasé simple).

[0006] De plus, les systèmes décrits ci-dessus ne fournissent pas de solution pour augmenter la tension continue par rapport à celle que donnerait un redressement simplement triphasé à six diodes. Or il y a des cas où on peut souhaiter augmenter la tension continue plutôt que la réduire.

[0007] Il existe donc un besoin pour un autotransformateur amélioré qui convertit une alimentation triphasée en système à neuf phases permettant de choisir un niveau de tension continue désiré (plus élevé ou moins élevé que celui que donnerait un redressement triphasé simple), tout en conservant une faible distorsion harmonique, et en limitant le poids et l'encombrement de l'autotransformateur.

[0008] Selon l'invention, on propose un autotransformateur élévateur ou réducteur de tension, destiné à être connecté à une alimentation en tension triphasée d'amplitude donnée et fournissant neuf tensions de sortie de phases réparties de 40° en 40° et d'amplitudes identiques plus faibles ou plus fortes que l'amplitude entre neutre et phase de l'alimentation triphasée ; l'autotransformateur comporte un noyau magnétique à trois branches et sur chaque branche magnétique un bobinage principal ayant une première et une deuxième borne, les trois bobinages principaux étant électriquement connectés entre eux en montage en triangle, le bobinage principal d'une branche donnée ayant entre sa première et sa deuxième borne, une première, une deuxième, et une troisième prises intermédiaires. L'autotransformateur est caractérisé en ce qu'il comporte aussi, sur chaque branche magnétique, trois bobinages auxiliaires, le premier bobinage auxiliaire d'une autre branche ayant une première borne connectée respectivement à une première prise intermédiaire du bobinage principal de la branche donnée et une deuxième borne d'entrée ou sortie présentant une tension en phase avec la tension présente sur la première borne de ce bobinage principal, les deuxième et troisième bobinages auxiliaires de la branche donnée ayant chacun une première borne reliée à une deuxième ou une troisième prise intermédiaire de l'une ou l'autre des autres branches et une deuxième borne constituant une sortie respective parmi neuf sorties de l'autotransformateur.

[0009] Il est à noter, comme on l'expliquera en détail plus loin, que la phase de la tension sur la deuxième borne d'un bobinage auxiliaire est déterminée par la position de la prise intermédiaire à laquelle ce bobinage est raccordé, par le nombre de spires du bobinage auxiliaire, et par le choix de la branche magnétique sur laquelle ce bobinage est placé.

[0010] Le montage peut être le suivant : le premier bobinage auxiliaire d'une première branche est connecté à la première prise intermédiaire du bobinage principal d'une deuxième branche, la première borne du bobinage principal de la deuxième branche étant reliée à la deuxième borne du bobinage principal de la première branche.

[0011] Dans le cas où l'autotransformateur est abaisseur de tension, les première et deuxième bornes des bobinages principaux constituent des entrées de l'autotransformateur, destinées à être alimentées par la tension triphasée à transformer, et la deuxième borne du premier bobinage auxiliaire d'une branche constitue une sortie directe de l'autotransformateur, en phase avec une tension sur une borne de l'alimentation triphasée.

[0012] De préférence, en considérant que deux bobinages principaux montés sur deux branches magnétiques différentes sont reliés, du fait du montage en triangle, à une entrée de l'autotransformateur, le bobinage auxiliaire connecté à la sortie directe en phase avec la tension triphasée présente sur cette entrée est monté sur la troisième branche magnétique.

[0013] Dans le cas où l'autotransformateur est élévateur de tension, les première et deuxième bornes des bobinages principaux constituent des sorties directes de l'autotransformateur, en phase avec les tensions de l'alimentation triphasée, et la deuxième borne du premier bobinage auxiliaire de chaque branche constitue une entrée respective de l'alimentation triphasée.

[0014] Là encore, de préférence, en considérant que deux bobinages principaux, montés sur deux branches magnétiques différentes, sont reliés à une même sortie directe de l'autotransformateur dans le montage en triangle, le bobinage auxiliaire connecté à une entrée en phase avec cette sortie est monté sur la troisième branche magnétique.

[0015] L'invention propose également un convertisseur alternatif-continu caractérisé en ce qu'il utilise un autotransformateur tel que défini ci-dessus, une diode en direct étant reliée entre chaque sortie de l'autotransformateur et une sortie positive du convertisseur et une diode en inverse étant reliée entre chaque sortie de l'autotransformateur et une sortie négative du convertisseur. Dans ce convertisseur il n'est pas nécessaire d'intercaler des selfs interphases entre chaque groupe de trois diodes et une sortie respective du convertisseur comme c'est le cas dans certains montages de l'art antérieur.

[0016] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :

• la figure 1, représente une vue de principe simplifiée d'un transformateur à trois branches magnétiques destiné à une utilisation en triphasé ;
• la figure 2 représente une composition vectorielle permettant de définir les caractéristiques d'un autotransformateur abaisseur de tension, dans un premier mode de réalisation selon l'invention ;
• la figure 3 représente les bobinages prévus sur une branche magnétique de l'autotransformateur ;
• la figure 4 représente le montage de l'autotransformateur correspondant à la composition vectorielle de la figure 2 ;
• la figure 5 représente la composition vectorielle correspondant à un deuxième mode de réalisation ;
• la figure 6 représente le montage des bobinages d'un autotransformateur correspondant à la composition vectorielle de la figure 5 ;
• la figure 7 représente la composition vectorielle correspondant à un troisième mode de réalisation, pour un autotransformateur élévateur de tension ;
• la figure 8 représente le montage des bobinages d'un autotransformateur correspondant à la composition vectorielle de la figure 7 ;
• la figure 9 représente un convertisseur alternatif/continu utilisant l'autotransformateur.
  On rappelle d'abord quelques principes généraux.
  Sur la figure 1, on rappelle le principe classique d'un transformateur triphasé formé par des bobinages disposés autour des branches d'un triple circuit magnétique fermé. Le triple circuit magnétique fermé comporte un noyau ferromagnétique avec une branche centrale M12 pour recevoir les bobinages correspondant à une première phase, et deux branches latérales M23 et M31, reliées à la branche centrale de part et d'autre de cette dernière, pour recevoir les bobinages d'une deuxième et d'une troisième phase respectivement. La branche centrale M12 et l'une des branches latérales forment un premier circuit magnétique fermé ; la branche centrale et l'autre branche latérale forment un deuxième circuit magnétique fermé ; les deux branches latérales M23 et M31 forment un troisième circuit magnétique fermé.
  Plusieurs bobinages sont enroulés sur chaque branche, certains formant primaires de transformateur et d'autres formant secondaires. Le montage est identique pour les trois branches, c'est-à-dire que les bobinages jouant le même rôle sur les différentes branches comportent le même nombre de spires et les mêmes sens d'enroulement.
  A titre de schéma simplifié on a représenté sur la figure 1 un bobinage principal respectif B12, B23, B31 et un bobinage auxiliaire respectif S12, S23, S31 sur chaque branche du noyau magnétique. Les bobinages d'une même branche magnétique sont parcourus par le même flux magnétique. Pour plus de commodité de représentation, les bobinages auxiliaires sont représentés à côté des bobinages principaux, bien qu'en réalité les deux bobinages soient disposés au même endroit (l'un autour de l'autre, voire les couches de l'un intercalées entre les couches de l'autre) pour être traversés exactement par le même flux magnétique.
  Dans le schéma de connection le plus simple qu'on puisse imaginer, transformant une tension triphasée en une autre tension triphasée, les bobinages principaux pourraient être des enroulements primaires d'un transformateur et les bobinages auxiliaires seraient des enroulements secondaires. Les bobinages primaires pourraient être connectés en triangle ou en étoile, pour recevoir la tension triphasée à convertir. Les bobinages secondaires seraient aussi connectés soit en triangle soit en étoile pour produire une tension triphasée. Les flux magnétiques qui circulent dans les trois branches sont identiques mais déphasés de 120° les uns par rapport aux autres. Dans la réalisation d'un transformateur convertissant une tension triphasée en une tension à neuf phases, le montage est plus complexe et utilise un plus grand nombre de bobinages comme on va le voir, mais on conserve le principe d'un circuit magnétique à trois branches symétriques dans lequel les flux magnétiques des différentes branches sont déphasés de 120° les uns par rapport aux autres et dans lequel les bobinages d'une même branche sont tous parcourus par le même flux magnétique.
  Aux bornes d'un bobinage secondaire d'une branche magnétique apparaît une tension en phase avec la tension aux bornes du bobinage primaire de la même branche. La tension engendrée dans le bobinage secondaire dépend
• de la valeur de tension aux bornes du primaire associé,
• du rapport entre les nombres de spires du primaire et du secondaire,
• et du sens de rotation du courant dans l'enroulement du bobinage secondaire par rapport au sens du courant dans le bobinage primaire (la phase de la tension est inversée si les sens sont inversés).

[0017] Pour un transformateur avec isolation entre potentiels du primaire et potentiels du secondaire, les bornes des bobinages secondaires ne sont pas reliées aux bornes des bobinages primaires ou à d'autres éléments de circuit du côté du primaire. Pour un autotransformateur (transformateur sans isolation), les bornes des bobinages secondaires peuvent être reliées aux bornes des bobinages primaires ou à des prises intermédiaires formées dans les bobinages primaires. L'invention concerne les autotransformateurs.

[0018] On va maintenant expliquer le principe de représentation vectorielle permettant de décrire le fonctionnement d'un transformateur plus complexe et notamment d'un autotransformateur capable de fournir neuf phases secondaires à partir des trois phases de l'alimentation primaire.

[0019] La phase et l'amplitude de la tension (tension simple présente en un point du circuit ou tension différentielle présente entre deux points du circuit) peuvent être représentées par un vecteur dont la longueur représente l'amplitude de la tension alternative (simple ou différentielle) et dont l'orientation représente la phase de 0° à 360° de cette tension alternative.

[0020] Pour la constitution d'un autotransformateur capable de produire neuf phases à partir de trois phases espacées de 120°, on cherche des compositions de vecteurs qui, à partir des trois phases de départ, permettent de fabriquer les neuf phases recherchées.

[0021] Les vecteurs utilisés dans cette composition sont obtenus d'une part à partir de points représentant les bornes de bobinages principaux ou auxiliaires et d'autre part à partir de points représentant des prises intermédiaires de ces bobinages. La tension obtenue entre deux prises intermédiaires d'un bobinage principal est en phase avec la tension du bobinage principal (les vecteurs sont donc colinéaires) ; son amplitude est une fraction de la tension aux bornes du bobinage principal, cette fraction étant fonction du rapport entre le nombre de spires d'enroulement situées entre les prises intermédiaires et le nombre de spires total du bobinage principal ; la longueur relative du vecteur représentant la tension entre deux prises intermédiaires d'un bobinage est déterminée par ce rapport de nombre de spires.

[0022] Selon le même principe, la tension obtenue aux bornes d'un bobinage auxiliaire associé au bobinage principal (c'est-à-dire parcouru par le même flux magnétique donc enroulé au même endroit sur une même branche magnétique) est en phase avec la tension aux bornes du bobinage principal (les vecteurs sont donc parallèles) et son amplitude est également déterminée par le rapport entre le nombre de spires du bobinage auxiliaire et le nombre de spires du bobinage principal ; la longueur du vecteur représentant la tension dans le bobinage auxiliaire est donc, relativement à la longueur du vecteur représentant la tension dans le bobinage principal, dans le rapport des nombres de spires.

[0023] Dans cette demande de brevet, on utilisera l'appellation "bobinage principal" pour désigner un bobinage ayant deux extrémités et des prises intermédiaires, cette appellation ne signifiant pas pour autant que le bobinage principal soit nécessairement un bobinage primaire de l'autotransformateur. En effet, dans certaines réalisations (transformateur abaisseur de tension) le bobinage principal sera effectivement un bobinage primaire au sens où il est directement alimenté par une tension à convertir ; mais dans d'autres réalisations (transformateur élévateur) le bobinage principal ne sera pas un bobinage primaire puisque l'alimentation triphasée à convertir ne sera pas appliquée aux bornes de ce bobinage.

[0024] La figure 2 représente une composition vectorielle qui permet d'aboutir à la présente invention, dans le cas d'un autotransformateur abaisseur de tension. L'alimentation triphasée de l'autotransformateur est appliquée à trois points d'entrée E1, E2, E3 de l'autotransformateur et les trois bobinages principaux B12, B23, B31 seront connectés directement, en montage en triangle, entre ces trois bornes : bobinage B12 entre les bornes E1 et E2 ; bobinage B23 entre les bornes E2 et E3, bobinage B31 entre les bornes E3 et E1.

[0025] Par commodité, dans ce qui suit, les mêmes lettres (par exemple E1 et E2) désigneront à la fois les bornes d'un bobinage (sur les figures représentant des bobinages), et les extrémités du vecteur représentant la tension aux bornes de ce bobinage (sur les figures représentant les compositions vectorielles).

[0026] L'alimentation triphasée vient d'un réseau de distribution de puissance alternative à une fréquence qui dépend des applications. Dans l'aéronautique, où l'invention est particulièrement intéressante car les contraintes de poids, d'encombrement et de suppression d'harmoniques y sont fortes, la fréquence est souvent de 400 Hz et elle peut-être aussi de 800 Hz.

[0027] On définit arbitrairement, pour la composition vectorielle, un point neutre d'origine O et les tensions simples d'entrée et de sortie de l'autotransformateur seront référencées par rapport à ce point. Ainsi, le vecteur OE1 représente l'amplitude et la phase de la tension simple présente sur la borne E1 de l'alimentation triphasée. Le point neutre O est un point virtuel (entrée et sortie par montage en triangle) du circuit ; si on suppose que l'alimentation triphasée appliquée en E1, E2, E3, est bien équilibrée, le point neutre représente le point de référence où la somme vectorielle des tensions OE1, OE2, OE3 est nulle. Dans la représentation vectorielle, le point O est le centre d'un triangle équilatéral dont les sommets sont les points E1, E2, E3. Les vecteurs OE2 et OE3, de même amplitude que le vecteur OE1 sont respectivement orientés à +120° et -120° du vecteur de référence OE1. Si l'alimentation appliquée aux bornes E1, E2, E3 est une alimentation triphasée en triangle (cas préféré), les vecteurs E1 E2, E2E3, E3E1 représentent les amplitudes et phases des tensions entre lignes de l'alimentation, appliquées aux bornes des bobinages primaires. Ils sont à 120° les uns des autres. Pour simplifier la notation vectorielle, dans tout ce qui suit la première lettre d'un vecteur est considérée comme l'origine du vecteur et la deuxième lettre est l'aboutissement du vecteur ; ainsi, OE1 représente le vecteur partant de O et allant jusqu'à E1 et non l'inverse.

[0028] Sur la figure 2, on a choisi comme référence de phase la phase de la tension simple OE1 (direction verticale). La direction du vecteur E1E2 est à +150° ; celle du vecteur E2E3 est à +270°; et celle du vecteur E3E1 est à +30°.

[0029] La composition vectorielle de la figure 2 permet de fabriquer neuf tensions de phases à 40° les unes des autres et d'amplitudes identiques, plus faible que celle de la tension triphasée d'alimentation.

[0030] Selon l'invention, trois des neuf phases sont alignées avec les phases OE1, OE2, OE3 de l'alimentation triphasée de l'autotransformateur.

[0031] A partir d'une hypothèse de départ de coefficient k représentant le rapport entre la valeur Va' de la tension des neuf phases et la valeur Va de la tension d'entrée (simple OE1, OE2, OE3), on procède comme suit : on trace à partir du point neutre O trois systèmes de trois vecteurs de même amplitude Va' égale à l'amplitude de OE1 multipliée par le rapport de réduction k :

[0032] Il est à noter que k est inférieur à 1 et peut descendre jusqu'à environ 0,56.

[0033] Les vecteurs du premier système définissent trois points A1, A2 et A3 sur le cercle de centre O et de rayon Va'=k*Va. Les vecteurs OA1, OA2, OA3 sont alignés avec les vecteurs OE1, OE2, OE3 respectivement et sont donc espacés de 120° les uns par rapport aux autres. Les vecteurs du deuxième système définissent trois points B1, B2, B3 sur le même cercle de centre O et de rayon Va'. Les vecteurs OB1, OB2, OB3 se déduisent des vecteurs OA1, OA2, OA3 par rotation de +40°. Enfin, les vecteurs du troisième système, OC1, OC2, OC3, se déduisent des vecteurs OB1, OB2, OB3 par une nouvelle rotation de +40° (on aurait pu dire aussi que les vecteurs du troisième système se déduisent des vecteurs OA1, OA2, OA3 par une rotation de -40°, ce qui revient strictement au même en intervertissant les appellations C1 et C3).

[0034] On aboutit donc à neuf vecteurs espacés de 40° et ayant pour amplitude Va'=k*Va

[0035] Sur le vecteur E1E2, on définit trois points intermédiaires K1, K'1, K"1 qui constitueront physiquement des prises intermédiaires du bobinage principal B12.

[0036] Le point K1 est le point d'intersection entre le vecteur E1E2 et une droite passant par le point A1 et parallèle au vecteur E3E1. On verra que dans une autre réalisation possible, la droite passant par A1 est tracée parallèlement au vecteur E2E3 plutôt que E3E 1.

[0037] Le point K'1 est le point d'intersection du vecteur E1 E2 avec une droite passant par le point B1 et tracée parallèlement au vecteur E2E3.

[0038] Enfin, le point K"1 est le point d'intersection du vecteur E1E2 avec une droite passant par le point C1 et tracée parallèlement au vecteur E3E1.

[0039] De la même manière, en répétant les opérations par permutation circulaire, on trouve sur le vecteur E2E3 des prises intermédiaires K2 (intersection avec une droite passant par A2 et parallèle à E1E2), K'2 (intersection avec une droite passant par 82 et parallèle à E3E1) et K"2 (intersection avec une droite passant par C2 et parallèle à E1 E2).

[0040] De même encore, on répète les mêmes opérations pour déterminer les prises intermédiaires K3, K'3, K"3 sur le vecteur E3E1.

[0041] Sur cette construction, ou en faisant un calcul trigonométrique dont la recopie serait fastidieuse et qui est trivial puisque tous les angles sont connus ainsi que les longueurs respectives de OA1 et OE1, on mesure les longueurs des vecteurs E1K1, A1K1, E1K'1, B1K'1, K"1C1, et E1K"1. Les longueurs des autres vecteurs, obtenus par permutation circulaire, sont évidemment identiques.

[0042] Ces longueurs, rapportées à la longueur du vecteur E1 E2, définiront des nombres de spires de bobinages rapportés au nombre N total de spires du bobinage primaire.

[0043] Ainsi, la prise intermédiaire K1 dans le bobinage principal B12 est à une position telle que le rapport n1/N entre le nombre n1 des spires se trouvant entre E1 et K1 et le nombre total N de spires du bobinage primaire B12 est:

[0044] De même, les prises intermédiaires K'1 et K"1 sont placées à des positions telles que le rapport entre le nombre n'1 de spires situées entre E1 et K'1 et le nombre total N de spires est :


et le rapport entre le nombre de spires n"1 situées entre E1 et K"1 et le nombre de spires total N est :

[0045] Les points A1, B1 et C1 sont déterminés à partir des vecteurs K1A1, K'1B1, et K"1C1 dont les orientations ne sont pas celles du vecteur E1E2. Les tensions correspondant à ces vecteurs seront donc définies à partir de bobinages auxiliaires ; les bobinages auxiliaires sont placés sur les deux autres branches magnétiques M23 et M31 du circuit magnétique. Ces bobinages auront une première extrémité reliée à une prise intermédiaire, K1, K'1 ou K"1 respectivement, du bobinage principal B12 et une deuxième extrémité qui constituera une sortie A1, B1 ou C1 respectivement de l'autotransformateur.

[0046] Ainsi, un bobinage auxiliaire placé sur la troisième branche M31 du circuit magnétique (celle qui porte le troisième bobinage primaire B31 connecté entre E3 et E1) servira à établir une tension représentée par le vecteur K1A1 puisque ce vecteur est parallèle au vecteur E3E1. Ce bobinage aura une extrémité connectée à la prise K1 et son autre extrémité constituera une borne de sortie A1 de l'autotransformateur. De même, un bobinage auxiliaire placé sur la deuxième branche du circuit magnétique (celle qui porte le deuxième bobinage principal B23 connecté entre E2 et E3) servira à établir une tension représentée par le vecteur K'1B1 puisque le vecteur K'1B1 est parallèle à E2E3. Ce bobinage aura une extrémité connectée à la prise K'1 et son autre extrémité constituera une deuxième sortie B1 de l'autotransformateur, décalée en phase de 40° par rapport à la sortie A1. De même encore, un bobinage auxiliaire placé sur la troisième branche magnétique M31 (celle qui porte le bobinage principal B31 connecté entre E3 et E1) servira à établir la tension K"1C1. Ce bobinage aura une extrémité connectée à la prise intermédiaire K"1 et une autre extrémité définissant une troisième sortie C1 déphasée de 40° par rapport à la deuxième.

[0047] Les autres sorties A2, B2, C2 puis les sorties A3, B3, C3 sont réalisées selon le même principe, par permutation circulaire.

[0048] La figure 3 représente les bobinages situés sur la première branche M12 du circuit magnétique : le bobinage principal B12 situé entre les bornes d'entrée E1 et E2, avec ses prises intermédiaires K1, K'1 et K"1 ; et trois bobinages auxiliaires X12, Y12 et Z12, qui sont situés sur la même branche magnétique M12 que le bobinage principal B12 et parcourus par le même flux magnétique, mais qui ne sont pas connectés directement au bobinage principal B12. Ces bobinages auxiliaires X12, Y12, Z12 produisent les tensions représentées par les vecteurs K2A2, K'3B3, et K"2C2 qui doivent toutes être en phase (ou opposition de phase) avec la tension du bobinage principal B12. Ces bobinages sont donc connectés chacun entre une prise intermédiaire K2, K'3 ou K"2 des bobinages principaux B23 et B31 et une sortie respective A2, B3 ou C2 de l'autotransformateur.

[0049] Les nombres de spires nx, ny et nz de ces trois bobinages X12, Y12 et Z12 sont calculés en rapport avec le nombre N de spires du bobinage principal en fonction de la longueur de ces trois vecteurs :

[0050] De la même manière, la deuxième branche magnétique M23 de l'autotransformateur comporte un bobinage principal B23 connecté entre les bornes E2 et E3, avec ses prises intermédiaires K2, K'2, K"2, et trois bobinages secondaires X23, Y23, Z23 destinés à réaliser les tensions de vecteurs K3A3, K'1B1, et K"3C3 en phase ou opposition de phase avec la tension d'alimentation appliquée au bobinage principal B23 situé entre E2 et E3. Les nombres de spires de X23, Y23, Z23 sont encore nx, ny et nz. Les nombres de spires n2, n'2, n"2 qui définissent les prises intermédiaires sont les mêmes que les nombres n1, n'1, n"1.

[0051] Et enfin la même description peut être faite pour la troisième branche magnétique M31 avec son bobinage principal B31 à N spires et ses prises intermédiaires K3, K'3, K"3 avec des nombres de spires n3, n'3, n"3 identiques aux nombres n1, n'1, n"1 et n2, n'2, n"2. Et trois bobinages secondaires indépendants X31, Y31, Z31 situés sur la même branche magnétique pour produire, grâce à des nombres de spires nx, ny et nz, les tensions représentées par les vecteurs K"1C1, K'2B2, et K1A1.

[0052] On notera que pour des convertisseurs de forte puissance (plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines de kVa) le nombre de spires est très réduit et qu'on n'utilise que des nombres entiers de spires ou parfois des nombres entiers de demi-spires. C'est pourquoi les nombres de spires théoriques, qui dépendent du rapport k entre tension de sortie et tension d'entrée, doivent être arrondis à l'unité ou la demi-unité supérieure ou inférieure. De plus, étant donné que la composition vectorielle donne des angles et longueurs légèrement différentes selon que l'autotransformateur est chargé normalement ou n'est pas chargé, on peut ajuster le choix du nombre de spires (valeur supérieure ou inférieure) pour se rapprocher le plus possible de la théorie soit à vide soit à pleine charge soit à mi-charge.

[0053] Typiquement, pour un autotransformateur de 150 kVa, avec un rapport de transformation k=1/1,14 le nombre de spires N peut être de 73 spires, n1, n2, n3 peut être de 3 spires, n'1, n'2, n'3 une quinzaine de spires, n"1, n"2, n"3 d'environ 60 spires, nx égal à n1, 3 spires, ny et nz égaux à une quinzaine de spires. Ces nombres sont donnés à titre indicatif.

[0054] La figure 4 représente les trois branches magnétiques avec leurs ensembles de bobinages principaux et secondaires respectifs, et cette fois avec les connections qui établissent complètement les amplitudes et phases de tensions désirées permettant que les sorties A1, B1, C1, A2, B2, C2, A3 B3, C3 représentent un système à neuf phases ayant l'amplitude Va' désirée et pouvant alimenter directement un système de trois ponts redresseurs de 6 diodes chacun. Sur la figure 4, pour tenir compte de la question du sens relatif d'enroulement des bobinages, on a considéré que tous les enroulements vont dans le même sens de rotation lorsqu'on se déplace de la gauche vers la droite et c'est pour cela que par exemple la prise intermédiaire K1 est reliée à la borne de droite du bobinage X31, la sortie A1 étant la borne de gauche, car le vecteur K1A1 doit être orienté en sens inverse du vecteur E3E1 (donc A1K1 orienté dans le même sens que E3E1).

Modification possible du schéma de la figure 2 :

[0055] Le schéma de la figure 4 et le schéma vectoriel de la figure 2 peuvent être modifiés en ce sens que le bobinage qui produit la tension déphasée de +40° en B1 pourrait être un bobinage de la branche M31 plutôt qu'un bobinage de la branche M23, et inversement le bobinage qui produit la tension déphasée de -40° sur C1 serait sur la branche M23 plutôt que M31. Dans ce cas le nombre de spires de ce bobinage et surtout la position des prises intermédiaires K'1 et K"1 seraient changées puisque le point K'1 serait maintenant l'intersection avec E1E2 d'une droite parallèle à E3E1 et non E2E3 ; K"1 serait l'intersection de E1E2 avec une droite parallèle à E2E3.

Réalisation des figures 5 et 6 :

[0056] La figure 5 représente, sous forme de composition vectorielle, et la figure 6 représente, sous forme matérielle, une variante dans laquelle la tension de sortie sur la borne A1 est obtenue à partir d'un bobinage X23a enroulé sur la branche magnétique M23 et connecté à une prise intermédiaire K1a du bobinage B12, et non par un bobinage X31 sur la branche M31. Les points A2 et A3 suivent le même principe que le point A1, par permutation circulaire. Les points B1, B2, B3, C1, C2, C3 sont obtenus de la même manière qu'aux figures 2 et 4.

[0057] Le bobinage X23a, disposé entre la prise intermédiaire K1a du bobinage primaire B12 (entre E1 et E2) et le point de sortie A1, correspond à un vecteur tracé de la manière suivante : à partir du point A1 sur l'axe OE1 et tel que OA1/OE1 = k (k étant le rapport de réduction de tension désiré) on trace une parallèle à E2E3 et cette parallèle intersecte le vecteur E1E2 au point K1a. La mesure de E1K1a (ou le calcul trigonométrique) donne le nombre de spires n1a entre E1 et la première prise intermédiaire K1a (il n'y a plus la prise K1 de la figure 2). La mesure de K1aA1 donne le nombre de spires nxa du bobinage X23a qui sert à établir ce vecteur. Les vecteurs K'1B1 et K"1C1 qui donnent les points K'1 et K"1 sont obtenus de la même manière qu'à la figure 2 et leur mesure donne la position des prises intermédiaires K'1 et K"1.

[0058] La figure 6 représente, pour la branche M12, les enroulements correspondant à cette variante, avec leurs connexions : le bobinage principal B12, entre E1 et E2 comporte les prises intermédiaires K1a, K'1 et K"1. De la prise K1a part le bobinage X23a avec nxa spires, et l'autre extrémité de ce bobinage constitue la borne de sortie A1 de l'autotransformateur. Le bobinage X23a est enroulé sur la branche magnétique M23 dans le même sens que le bobinage principal B23. Du point K'1 part un bobinage Y23 de ny spires enroulé sur la branche M23, dans le sens inverse du bobinage B23, et l'autre extrémité de ce bobinage Y23 constitue la borne de sortie B1. Du point K"1 part le bobinage Z31, enroulé sur la branche M31 dans le même sens que le bobinage principal B31, et son extrémité constitue la borne de sortie C1. Les bornes de sortie A2, B2, C2 sont obtenues à partir des autres bobinages principaux et auxiliaires par permutation circulaire. Comme expliqué à propos de la réalisation de la figure 2, les points B1 et C1 pourraient être obtenus à partir de bobinages Y31 et Z23 plutôt que Y23 et Z31, les prises K'1 et K"1 n'étant alors pas aux mêmes endroits.

[0059] On notera que selon la valeur du rapport de réduction de tension k désiré le point K1a peut se situer entre la borne E1 et la borne K'1 (cas de la figure 5, pour k relativement proche de 1) ou entre la borne K'1 et la borne E2 (k inférieur à environ 2/3).

[0060] La réalisation des figures 5 et 6 présente un avantage significatif en termes de maîtrise des flux de fuite. Ceci résulte de ce que, pour un même coefficient k de réduction de tension, la longueur du vecteur E1K1a de la figure 5 est supérieure à celle du vecteur E1K1 de la figure 2.

Modification possible des figures 2 et 5 à l'aide d'un vecteur symétrique du vecteur K1 A1 ou K1 aA1 :

[0061] On notera que la sortie A1 peut être obtenue à partir d'un vecteur symétrique du vecteur K1A1 (ou K1aA1) par rapport à l'axe OE1. Cela revient au même, mais, selon la constitution physique des bobinages sur les noyaux magnétiques, cela peut faciliter les connexions entre bobinages (dans les connexions de bobinages des autotransformateurs de puissance il faut éviter des croisements de connexions et il faut utiliser des connexions les plus courtes possibles). Dans ce cas, le point K1 servant de point de départ à un bobinage auxiliaire de production d'une tension sur la borne A1 en phase avec la borne E1, serait remplacé par une prise intermédiaire du bobinage B31 (entre E3 et E1 mais proche de E1). Le bobinage auxiliaire allant de cette prise (K1s, non représentée) vers le point A1 serait un bobinage sur la branche M12 du noyau magnétique, tournant dans le même sens que le bobinage connecté entre E1 et E2. Ou alors, en partant d'une autre prise intermédiaire (K1as, non représentée) sur le bobinage B31, proche de la borne E1 et symétrique du point K1a par rapport à la droite OE1, on connecterait un bobinage auxiliaire enroulé sur la branche M23, et tournant de A1 vers K1as dans le même sens que le bobinage principal B23 connecté entre E2 et E3.

Modification possible des figures 2 et 5 avec deux bobinages aboutissant à une même borne de sortie A1 :

[0062] Dans une réalisation avantageuse on peut même prévoir qu'il y a à la fois une prise intermédiaire K1 sur le bobinage principal B12 (proche de E1) et une prise intermédiaire K1s, symétrique de K1 par rapport à la droite OA1, sur le bobinage principal B31 (également proche de E1), et deux bobinages auxiliaires partant respectivement de ces deux points K1 et K1s et aboutissant à la même borne A1, l'un de ces bobinages étant sur la branche M31 et l'autre sur la branche M12. On pourrait faire de même en perfectionnant le schéma de la figure 5, avec deux bobinages symétriques, l'un partant de la prise K1a sur le bobinage principal B12 (proche de E1) et l'autre partant d'un point K1as symétrique, placé sur B31 et proche de E1, ces deux bobinages, enroulés sur la branche M23, aboutissant à la même borne A1.

[0063] En d'autres mots, si on considère deux bobinages principaux (B12, B31) reliés à une même borne commune (E1) et la première prise intermédiaire (K1 ou K1a) prévue sur l'un d'eux, on prévoit aussi une quatrième prise intermédiaire (K1s ou K1as) située sur l'autre, avec un même nombre de spires d'une part entre la borne commune (E1) et ladite première prise intermédiaire (K1 ou K1a) et d'autre part entre la borne commune (E1) et ladite quatrième prise intermédiaire (K1s ou K1 as) ; partant de ces deux prises intermédiaires (K1 et K1s, ou alors K1a et K1as), on connecte deux bobinages auxiliaires que l'on relie tous deux à la borne qui est en phase avec la tension sur la borne commune E1, c'est-à-dire la borne de sortie A1.

[0064] Les réalisations qui viennent d'être décrites, avec deux bobinages auxiliaires aboutissant à une même borne de sortie A1, sont parfaitement symétriques et équilibrées. En effet, ce qui vient d'être dit pour la borne A1 est évidemment appliqué aussi aux bornes A2 et A3.

[0065] La figure 7 représente une autre variante de réalisation, destinée à élever la tension sur les neuf phases par rapport à la valeur de la tension triphasée d'alimentation. Le rapport k est dans ce cas supérieur à 1.

[0066] Les bobinages principaux qui sont utilisés dans la construction et qui comportent des prises intermédiaires ne sont plus les bobinages primaires du transformateur c'est-à-dire qu'ils ne sont plus connectés entre les bornes d'entrée E1, E2, E3 du transformateur.

[0067] La construction vectorielle est la suivante : on trace tes vecteurs OE1, OE2, OE3 à 120° les uns des autres, représentant l'alimentation triphasée, les bornes E1, E2, E3 étant les entrées du transformateur. On prolonge le vecteur OE1 jusqu'en un point A1 tel que OA1lOE1=k. De même pour obtenir A2 et A3. Les bornes A1, A2, A3 constituent trois premières bornes de sortie (sorties directes) de l'autotransformateur.

[0068] On détermine les points B1, B2, B3 (sorties déphasées de +40°) sur le cercle de centre O et de rayon OA1, tels que OB1, OB2, OB3 soient déphasés de +40° par rapport à OA1, OA2, OA3. On détermine aussi les points C1, C2, C3 (sorties déphasées de +80°) sur le même cercle, tels que OC1, OC2, OC3 soient déphasés de +80° par rapport à OA1, OA2, OA3.

[0069] Du point E1, on trace soit une droite parallèle à A3A1 pour déterminer un point d'intersection K1 sur le vecteur A1A2 (comme on cherchait le point K1 sur E1 E2 à la figure 2), soit, de préférence, une droite parallèle à A3A2 pour déterminer un point d'intersection K1b sur le vecteur A1A2 (comme on cherchait le point K1 a sur E1E2 à la figure 5). Sur la figure 7, c'est cette deuxième solution qui est adoptée.

[0070] Du point B1, on trace une droite parallèle à A2A3 pour trouver le point K'1 (intersection avec A1A2). Et du point C1 on trace une droite parallèle à A1A3 pour trouver le point K"1 (intersection avec A1A2).

[0071] L'autotransformateur est réalisé à partir de cette construction vectorielle comme cela est représenté sur la figure 8 et en utilisant les bobinages suivants :

• bobinage principal B12 sur une branche magnétique M12, ce bobinage étant connecté entre les sorties A1 et A2, avec des prises intermédiaires K'1, K1b, K"1 ; et bobinages principaux non représentés B23 sur la branche M23 entre A2 et A3 et B31 sur la branche M31 entre A3 et A1 ; avec respectivement sur B23 les prises intermédiaires K'2, K2b et K"2 et sur B31 les prises K'3, K3b et K"3 ;
• bobinages auxiliaires X23b sur la branche M23, connecté entre la prise K1b et l'entrée E1 de l'autotransformateur, ce bobinage tournant dans le même sens, en allant de K1b vers E1, que le bobinage principal B23 allant de A2 vers A3 ; et de même bobinages auxiliaires non représentés X31b sur la branche M31 et X12B sur la branche B12 ;
• bobinage auxiliaire Y23 sur la branche M23, allant de la prise K'1 à la sortie B1 de l'autotransformateur ; ce bobinage tourne de B1 vers K'1 dans le même sens que le bobinage B23 ; et de même bobinages non représentés Y31 sur la branche M31, allant de K'2 à B2, et Y12 sur la branche M12, allant de K'3 à B3 ;
• bobinage auxiliaire Z31 sur la branche M31, allant de K"1 à C1 en tournant dans le même sens que B31 ; et de même bobinages non représentés Z12 sur la branche M12, de K"2 à C2, et Z23 sur la branche M23, de K"3 à C3.

[0072] La figure 8 représente la configuration des bobinages associés à la branche magnétique M12 et au bobinage principal B12 (entre A1 et A2) de cette branche ; comme sur la figure 6, les bobinages d'une même branche magnétique sont représentés sur une même ligne et à côté les uns des autres bien que dans la pratique ils soient bobinés les uns sur les autres, voire imbriqués les uns dans les autres.

[0073] L'autotransformateur élévateur de tension des figures 7 et 8 (k>1) fonctionne en appliquant une tension triphasée sur les entrées E1, E2, E3 et en recueillant sur les sorties directes A1, A2, A3, les sorties déphasées de +40° B1, B2, B3 et les sorties déphasées de -40° C3, C2, C1, une tension en neuf phases d'amplitude k fois plus élevée que la tension triphasée de départ.

[0074] Comme cela a été fait à propos de la figure 2 et la figure 5, on peut prévoir de modifier aussi la figure 7 ; la modification la plus avantageuse consiste à connecter non pas un seul bobinage auxiliaire de la prise intermédiaire K'1b vers la borne E1, mais deux bobinages vectoriellement symétriques par rapport à la droite OA1. Pour cela, on prévoit sur la figure 7 une quatrième prise intermédiaire (K1bs, non représentée) sur le bobinage principal B23, à une distance (c'est-à-dire un nombre de spires) de la borne A1 qui est la même que la distance entre A1 et K1b. De cette quatrième prise intermédiaire K1 bs part un bobinage auxiliaire bobiné sur la branche M23, symétrique du bobinage X23b et aboutissant aussi à la borne d'entrée E1.

[0075] En d'autre mots, si on considère deux bobinages principaux (A12, A31) reliés à une même borne commune (A1) et la première prise intermédiaire (K1b) prévue sur l'un d'eux, on prévoit aussi une quatrième prise intermédiaire (K1bs) située sur l'autre, avec un même nombre de spires d'une part entre la borne commune (A1) et la première prise intermédiaire (K1b) et d'autre part entre ladite quatrième prise intermédiaire (K1bs) et la borne commune ; partant de ces deux prises intermédiaires (K1b et K1bs), on connecte deux bobinages auxiliaires que l'on relie tous deux à la borne (E1) qui est en phase avec la tension sur la borne commune A1 ; la borne E1 est ici une borne d'entrée.

[0076] Que l'autotransformateur soit élévateur de tension ou abaisseur de tension, il peut être directement utilisé pour réaliser un convertisseur de tension alternatif/continu.

[0077] Pour cela, comme cela est représenté à la figure 9, on connecte l'alimentation triphasée aux entrées E1, E2 et E3 et on connecte les sorties de l'autotransformateur AT à un triple pont redresseur de trois fois six diodes.

[0078] Les sorties directes (A1, A2, A3) sont connectées à un premier pont PA de six diodes Da1, Da2, Da3, Da'1, Da'2, Da'3. Les sorties déphasées de +40° sont connectées à un deuxième pont PB de six diodes Db1, Db2, Db3, Db'1, Db'2, Db'3. Et les sorties déphasées de -40° sont connectées à un troisième pont PC de six diodes Dc1, Dc2, Dc3, Dc'1, Dc'2, Dc'3.

[0079] Les trois ponts redresseurs ont des sorties communes S et S' qui constituent les sorties du convertisseur.

[0080] La diode Da1 est connectée en direct entre la sortie A1 et une borne positive S constituant l'une des deux bornes de sortie continue du convertisseur. La diode Da'1 est connectée en inverse entre la sortie A1 et une borne négative S' constituant l'autre borne de sortie continue du convertisseur.

[0081] La connection est la même pour toutes les autres diodes : la diode Da2 et la diode Da'2 sont connectées en direct et en inverse respectivement entre A1 d'une part et S et S' respectivement d'autre part. La diode Db1 et la diode Bb'1 sont connectées en direct et en inverse respectivement entre B1 d'une part et S et S' d'autre part. Et ainsi de suite, une diode en direct est connectée entre une borne de sortie de l'autotransformateur et la borne S et une diode en inverse est connectée en inverse entre cette borne de sortie et la borne S'.

[0082] Il n'est pas nécessaire d'intercaler une self interphase entre les sorties réunies d'un groupe de trois diodes en direct (par exemple Da1, Da2, Da3) et la borne S ou entre les sorties réunies d'un groupe de trois diodes en inverse (Da'1, Da'2, Da'3) et S'.

Revendications

1. Autotransformateur élévateur ou réducteur de tension, destiné à être connecté à une alimentation en tension triphasée d'amplitude donnée et fournissant neuf tensions de sortie de phases réparties de 40° en 40° et d'amplitudes identiques plus fortes ou plus faibles que l'amplitude entre neutre et phase de l'alimentation triphasée, l'autotransformateur comportant un noyau magnétique à trois branches (M12, M23, M31) et sur chaque branche magnétique un bobinage principal (B12) ayant une première (E1) et une deuxième bornes (E2), les trois bobinages principaux (B12, B23, B31) étant électriquement connectés entre eux en montage en triangle, le bobinage principal (B12) d'une branche donnée (M 12) ayant entre sa première et sa deuxième bornes, une première (K1a), une deuxième (K'1), et une troisième (K"1) prises intermédiaires, caractérisé en ce qu'il comporte aussi sur chaque branche magnétique (M12) trois bobinages auxiliaires (X12, Y12, Z12), le premier bobinage auxiliaire (X23a) d'une autre branche (M23) ayant une première borne connectée respectivement à une première prise intermédiaire (K1a) du bobinage principal (B12) de la branche donnée et une deuxième borne d'entrée ou sortie (A1) présentant une tension en phase avec la tension présente sur la première borne (E1) de ce bobinage principal, les deuxième et troisième bobinages auxiliaires (Y12, Z12) de la branche donnée ayant chacun une première borne reliée à une deuxième (K"2) ou une troisième (K'3) prise intermédiaire de l'une ou l'autre des autres branches et une deuxième borne (C2, B3) constituant une sortie respective parmi neuf sorties de l'autotransformateur.

2. Autotransformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier bobinage auxiliaire (X12) de la première branche (M12) est connecté à la première prise intermédiaire (K2) du bobinage principal (B23) d'une deuxième branche (M23), la première borne (E2) du bobinage principal de la deuxième branche étant reliée à la deuxième borne (E2) du bobinage principal de la première branche.

3. Autotransformateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il constitue un autotransformateur abaisseur de tension, en ce que les première et deuxième bornes des bobinages principaux constituent des entrées (E1, E2, E3) de l'autotransformateur, destinées à être alimentées par la tension triphasée à transformer, et en ce que la deuxième borne du premier bobinage auxiliaire (X12) d'une branche (M12) constitue une sortie directe (A2, A3) de l'autotransformateur, en phase avec une tension sur une borne (E2, E3) de l'alimentation triphasée.

4. Autotransformateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que, deux bobinages principaux (B12, B31) montés sur deux branches magnétiques différentes (M12, M31) étant reliés à une entrée (E1) de l'autotransformateur, le bobinage auxiliaire (X23a) connecté à la sortie directe (A1) en phase avec la tension triphasée présente sur cette entrée est monté sur la troisième branche magnétique (M23).

5. Autotransformateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il constitue un autotransformateur élévateur de tension, en ce que les première et deuxième bornes des bobinages principaux constituent des sorties directes (A1, A2, A3) de l'autotransformateur, en phase avec les tensions de l'alimentation triphasée, et en ce que la deuxième borne du premier bobinage auxiliaire (X23b, X31 b, X12b) de chaque branche constitue une entrée respective (E1, E2, E3) de l'alimentation triphasée.

6. Autotransformateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que, deux bobinages principaux, montés sur deux branches magnétiques différentes (M12, M31), étant reliés à une même sortie directe (A1) de l'autotransformateur dans le montage en triangle, le bobinage auxiliaire connecté à une entrée (E1) en phase avec cette sortie est monté sur la troisième branche magnétique (M23).

7. Autotransformateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la première prise intermédiaire (K1, K1a) d'un bobinage principal est située entre une première borne (E1, A1) de ce bobinage principal et la deuxième prise intermédiaire (K'1).

8. Autotransformateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la première prise intermédiaire (K1, K1a) d'un bobinage principal est située entre les deuxième (K'1) et troisième (K"1) prises intermédiaires de ce bobinage.

9. Autotransformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, si on considère deux bobinages principaux (B12, B31) reliés à une même borne commune (E1 ou A1) et la première prise intermédiaire prévue sur l'un d'eux, on prévoit aussi une quatrième prise intermédiaire située sur l'autre, avec un même nombre de spires d'une part entre la borne commune et ladite première prise intermédiaire et d'autre part entre la borne commune et ladite quatrième prise intermédiaire, et, partant de ces deux prises intermédiaires, deux bobinages auxiliaires reliés à ladite deuxième borne d'entrée ou sortie qui est en phase avec la tension sur la borne commune.

10. Convertisseur alternatif-continu caractérisé en ce qu'il utilise un autotransformateur selon l'une des revendications précédentes, une diode (Da1) en direct étant relié entre chaque sortie (A1) de l'autotransformateur et une sortie positive (S) du convertisseur et une diode en inverse (Da'1) étant reliée entre chaque sortie (A1) de l'autotransformateur et une sortie négative (S') du convertisseur.

Claims

1. Step-up or step-down autotransformer, designed to be connected to a supply of three-phase voltage of given amplitude and supplying nine output voltages with phases separated in steps of 40° and of identical amplitudes, higher or lower than the amplitude between neutral and phase of the three-phase supply, the autotransformer comprising a magnetic core with three branches (M12, M23, 31) and on each magnetic branch a main winding (B12) having a first (E1) and second terminal (E2), the three main windings (B12, B23, B31) being electrically connected together in delta configuration, the main winding (B12) of a given branch (M12) having between its first and its second terminal, a first (K1a), a second (K'1) and a third (K"1) intermediate tap, characterized in that it also comprises, on each magnetic branch (M12), three auxiliary windings (X12, Y12, Z12), the first auxiliary winding (X23a) of another branch (M23) having a first terminal connected, respectively, to a first intermediate tap (K1a) of the main winding (B12) of the given branch and a second input or output terminal (A1) having a voltage in phase with the voltage present on the first terminal (E1) of this main winding, the second and third auxiliary windings (Y12, Z12) of the given branch each having a first terminal connected to a second (K"2) or a third (K'3) intermediate tap of one or the other of the other branches and a second terminal (C2, B3) forming a respective output amongst nine outputs of the autotransformer.

2. Autotransformer according to Claim 1, characterized in that the first auxiliary winding (X12) of the first branch (M12) is connected to the first intermediate tap (K2) of the main winding (B23) of a second branch (M23), the first terminal (E2) of the main winding of the second branch being connected to the second terminal (E2) of the main winding of the first branch.

3. Autotransformer according to either of Claims 1 and 2, characterized in that it forms a step-down autotransformer, in that the first and second terminals of the main windings form inputs (E1, E2, E3) of the autotransformer, designed to be supplied by the three-phase voltage to be transformed, and in that the second terminal of the first auxiliary winding (X12) of one branch (M12) forms a direct output (A2, A3) of the autotransformer, in phase with a voltage on one terminal (E2, E3) of the three-phase supply.

4. Autotransformer according to Claim 3, characterized in that, two main windings (B12, B31) mounted on two different magnetic branches (M12, M31) being connected to one input (E1) of the autotransformer, the auxiliary winding (X23a) connected to the direct output (A1) in phase with the three-phase voltage present at this input is mounted on the third magnetic branch (M23).

5. Autotransformer according to either of Claims 1 and 2, characterized in that it forms a step-up autotransformer, in that the first and second terminals of the main windings form direct outputs (A1, A2, A3) of the autotransformer, in phase with the voltages of the three-phase supply, and in that the second terminal of the first auxiliary winding (X23b, X31b, X12b) of each branch forms a respective input (E1, E2, E3) of the three-phase supply.

6. Autotransformer according to Claim 5, characterized in that, two main windings, mounted on two different magnetic branches (M12, M31), being connected to the same direct output (A1) of the autotransformer in the delta configuration, the auxiliary winding connected to one input (E1) in phase with this output is mounted on the third magnetic branch (M23).

7. Autotransformer according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the first intermediate tap (K1, K1a) of a main winding is situated between a first terminal (E1, A1) of this main winding and the second intermediate tap (K'1).

8. Autotransformer according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the first intermediate tap (K1, K1a) of a main winding is situated between the second (K'1) and third (K"1) intermediate taps of this winding.

9. Autotransformer according to Claim 1, characterized in that, if two main windings (B12, B31) connected to the same common terminal (E1 or A1) and the first intermediate tap provided on one of them are considered, a fourth intermediate tap is also provided situated on the other, with the same number of turns, on the one hand, between the common terminal and said first intermediate tap and, on the other, between the common terminal and said fourth intermediate tap, and, starting from these two intermediate taps, two auxiliary windings connected to said second input or output terminal which is in phase with the voltage on the common terminal.

10. AC/DC converter characterized in that it uses an autotransformer according to one of the preceding claims, a forward-biased diode (Da1) being connected between each output (A1) of the autotransformer and a positive output (S) of the converter and a reverse-biased diode (Da'1) being connected between each output (A1) of the autotransformer and a negative output (S') of the converter.

Ansprüche

1. Spannungserhöhender oder spannungssenkender Autotransformator, der dazu bestimmt ist, mit einer Dreiphasen-Spannungsversorgung mit gegebener Amplitude verbunden zu werden und neun Ausgangsspannungen mit in einem Abstand von 40° zu 40° verteilten Phasen und gleichen Amplituden liefert, die höher oder niedriger als die Amplitude zwischen Nullleiter und Phase der Dreiphasenversorgung sind, wobei der Autotransformator einen Magnetkern mit drei Schenkeln (M12, M23, M31) und auf jedem Magnetschenkel eine Hauptwicklung (B12) aufweist, die eine erste (E1) und eine zweite Klemme (E2) hat, wobei die drei Hauptwicklungen (B12, B23, B31) in einer Dreieckschaltung elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Hauptwicklung (B12) eines gegebenen Schenkels (M12) zwischen ihrer ersten und ihrer zweiten Klemme einen ersten (K1a), einen zweiten (K'1) und einen dritten (K"1) Mittenabgriff hat, dadurch gekennzeichnet, dass er auch auf jedem Magnetschenkel (M12) drei Hilfswicklungen (X12, Y12, Z12) aufweist, wobei die erste Hilfswicklung (X23a) eines anderen Schenkels (M23) eine erste Klemme je mit einem ersten Mittenabgriff (K1a) der Hauptwicklung (B12) des gegebenen Schenkels verbunden hat und eine zweite Eingangs- oder Ausgangsklemme (A1) eine Spannung aufweist, die mit der auf der ersten Klemme (E1) dieser Hauptwicklung vorhandenen Spannung phasengleich ist, wobei die zweite und die dritte Hilfswicklung (Y12, Z12) des gegebenen Schenkels je eine erste Klemme mit einem zweiten (K"2) oder einem dritten (K'3) Mittenabgriff des einen oder des anderen der anderen Schenkel verbunden hat und eine zweite Klemme (C2, B3) einen jeweiligen Ausgang unter neun Ausgängen des Autotransformators bildet.

2. Autotransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hilfswicklung (X12) des ersten Schenkels (M12) mit dem ersten Mittenabgriff (K2) der Hauptwicklung (B23) eines zweiten Schenkels (M23) verbunden ist, wobei die erste Klemme (E2) der Hauptwicklung des zweiten Schenkels mit der zweiten Klemme (E2) der Hauptwicklung des ersten Schenkels verbunden ist.

3. Autotransformator nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass er einen spannungssenkenden Autotransformator bildet, dass die erste und die zweite Klemme der Hauptwicklungen Eingänge (E1, E2, E3) des Autotransformators bilden, die dazu bestimmt sind, mit der umzuwandelnden Dreiphasenspannung gespeist zu werden, und dass die zweite Klemme der ersten Hilfswicklung (X12) eines Schenkels (M12) einen direkten Ausgang (A2, A3) des Autotransformators bildet, der mit einer Spannung an einer Klemme (E2, E3) der Dreiphasenversorgung phasengleich ist.

4. Autotransformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass, da zwei auf zwei unterschiedliche Magnetschenkel (M12, M31) montierte Hauptwicklungen (B12, B31) mit einem Eingang (E1) des Autotransformators verbunden sind, die Hilfswicklung (X23a), die mit dem direkten Ausgang (A1) verbunden ist, der mit der an diesem Eingang vorhandenen Dreiphasenspannung phasengleich ist, auf den dritten Magnetschenkel (M23) montiert ist.

5. Autotransformator nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass er einen spannungserhöhenden Autotransformator bildet, dass die erste und die zweite Klemme der Hauptwicklungen direkte Ausgänge (A1, A2, A3) des Autotransformators bilden, die mit den Spannungen der Dreiphasenversorgung phasengleich sind, und dass die zweite Klemme der ersten Hilfswicklung (X23b, X31b, X12b) jedes Schenkels einen jeweiligen Eingang (E1, E2, E3) der Dreiphasenversorgung bildet.

6. Autotransformator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass, da zwei auf zwei unterschiedliche Magnetschenkel (M12, M31) montierte Hauptwicklungen mit dem gleichen direkten Ausgang (A1) des Autotransformators in der Dreieckschaltung verbunden sind, die Hilfswicklung, die mit einem Eingang (E1), der mit diesem Ausgang phasengleich ist, verbunden ist, auf den dritten Magnetschenkel (M23) montiert ist.

7. Autotransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mittenabgriff (K1, K1a) einer Hauptwicklung sich zwischen einer ersten Klemme (E1, A1) dieser Hauptwicklung und dem zweiten Mittenabgriff (K'1) befindet.

8. Autotransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mittenabgriff (K1, K1a) einer Hauptwicklung sich zwischen dem zweiten (K'1) und dritten (K"1) Mittenabgriff dieser Wicklung befindet.

9. Autotransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn man zwei mit der gleichen gemeinsamen Klemme (E1 oder A1) verbundene Hauptwicklungen (B12, B31) und den auf einer von ihnen vorgesehenen ersten Mittenabgriff betrachtet, auch ein vierter Mittenabgriff, der sich auf der anderen befindet, mit der gleichen Anzahl von Windungen einerseits zwischen der gemeinsamen Klemme und dem ersten Mittenabgriff und andererseits zwischen der gemeinsamen Klemme und dem vierten Mittenabgriff, und ausgehend von diesen zwei Mittenabgriffen, zwei Hilfswicklungen vorgesehen werden, die mit der zweiten Eingangs- oder Ausgangsklemme verbunden sind, die mit der Spannung auf der gemeinsamen Klemme phasengleich ist.

10. Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Autotransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet, wobei eine direkte Diode (Da1) zwischen jedem Ausgang (A1) des Autotransformators und einem positiven Ausgang (S) des Wandlers und eine inverse Diode (Da'1) zwischen jedem Ausgang (A1) des Autotransformators und einem negativen Ausgang (S') des Wandlers verbunden ist.

Dessins