WO2007080196A1

WO2007080196A1 - Autotransformateur a dephasage de 20°

Info

Publication number: WO2007080196A1
Application number: PCT/EP2007/050401
Authority: WO
Inventors: Francis Blanchery
Original assignee: Thales
Priority date: 2006-01-16
Filing date: 2007-01-16
Publication date: 2007-07-19
Also published as: EP1974450A1; FR2896333B1; US20110051480A1; FR2896333A1

Abstract

L'invention concerne les autotransformateurs utilisés notamment pour la conversion d'énergie électrique alternative (AC) en énergie continue (DC). Et plus précisément les autotransformateurs destinés à être connecté à une alimentation en tension triphasée d'amplitude donnée fournissant trois premières tensions de sortie (C1, C2, C3) d'amplitudes identiques et six autres tensions de sortie (A1, A2, A3, B1, B2, B3) de même amplitude que les trois premières tensions de sortie et réparties par paires symétriquement déphasées de 20° par rapport aux trois premières tensions de sorties. Selon l'invention, les tensions de sortie ont des amplitudes plus fortes ou plus faibles que l'amplitude de l'alimentation triphasée.

Description

AUTOTRANSFORMATEUR A DEPHASAGE DE 20°

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

(DC). 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.

La conversion alternatif/continu à partir d'une tension 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 tension triphasé en tension continue ; 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.

Pour réduire les ondulations résiduelles de tension continue et les harmoniques de courant 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 d'un autotransformateur. Une telle réalisation est par exemple décrite dans le brevet US 5,124,904. Cet autotransformateur comporte un noyau magnétique à trois branches et sur chaque branche magnétique un bobinage principal. Les trois bobinages principaux sont connectés en triangle et on a constaté qu'une part importante de la puissance de l'alimentation transite par le circuit magnétique de l'autotransformateur.

De plus, 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'ondulation résiduelle est plus faible et que la tension continue dépend de la valeur moyenne de l'ondulation 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.

Le brevet US 5,619,407 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 plus 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).

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.

L'invention vise à pallier les défauts des systèmes décrits plus haut en proposant un autotransformateur 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 limitant le poids et l'encombrement de l'autotransformateur.

A cet effet, l'invention a pour objet un autotransformateur destiné à être connecté à une alimentation en tension triphasée d'amplitude donnée fournissant trois premières tensions de sortie d'amplitudes identiques et six autres tensions de sortie de même amplitude que les trois premières tensions de sortie et réparties par paires symétriquement déphasées de 20° par rapport aux trois premières tensions de sorties, caractérisé en ce que les tensions de sortie ont des amplitudes plus fortes ou plus faibles que l'amplitude de l'alimentation triphasée.

Le fait de ne déphaser 6 tensions de sortie que de 20° au lieu des

40° proposé dans l'art antérieur décrit plus haut, permet de réduire la puissance transitant par le circuit magnétique de l'autotransformateur. A puissance constante de l'autotransformateur, on peut réduire la masse du circuit magnétique.

Un déphasage de 20° permet de limiter la distorsion harmonique en sortie d'un convertisseur alternatif/continu mettant en œuvre un autotransformateur selon l'invention. Par déphasage de 20°, on entend un déphasage réel pouvant s'écarter légèrement d'une valeur nominale de 20°. On a montré que le déphasage pouvait être compris dans une fourchette de 20° + ou - 10% tout en gardant une valeur de distorsion acceptable.

Par ailleurs, le fait que toutes les tensions de sortie soit d'amplitudes identiques, ou bien entendu sensiblement identiques, permet de mettre en œuvre un autotransformateur conforme à l'invention dans un convertisseur alternatif/continu comprenant un redresseur à diodes beaucoup plus simple à mettre en œuvre qu'un redresseur commandé, par exemple à thyristors. En effet, lorsque les tensions de sortie de l'autotransformateur ne sont pas égales, l'utilisation d'un redresseur non commandé induit une distorsion harmonique forte que l'on peut réduire à l'aide d'un redresseur commandé.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :

- 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 élévateur de tension, dans un premier mode de réalisation en étoile selon l'invention ; - la figure 3 représente une autre composition vectorielle permettant de définir les caractéristiques d'un autotransformateur abaisseur de tension, dans un second mode de réalisation en étoile selon l'invention ;

- la figure 4 représente les bobinages prévus sur une branche magnétique de l'autotransformateur de la figure 2 et de la figure 3 ;

- la figure 5 représente le montage de l'autotransformateur permettant de réaliser les deux compositions vectorielles de la figure 2 et de la figure 3 ;

- la figure 6 représente une autre composition vectorielle permettant de définir les caractéristiques d'un autotransformateur élévateur de tension, dans un premier mode de réalisation en triangle selon l'invention ;

- la figure 7 représente le montage de l'autotransformateur permettant de réaliser la composition vectorielle de la figure 6 ; - la figure 8 représente une autre composition vectorielle permettant de définir les caractéristiques d'un autotransformateur abaisseur de tension, dans un second mode de réalisation en triangle selon l'invention ;

- la figure 9 représente le montage de l'autotransformateur permettant de réaliser la composition vectorielle de la figure 8 ; - la figure 10 représente un convertisseur alternatif/continu utilisant un autotransformateur conforme à l'invention.

Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.

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 M1 pour recevoir les bobinages correspondant à une première phase, et deux branches latérales M2 et M3, 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 M1 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 M2 et M3 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 B10, B20, B30 et un bobinage auxiliaire respectif S1 , S2, S3 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 connexion 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). 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.

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.

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.

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. 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.

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.

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 entre les deux extrémités de ce bobinage.

La figure 2 représente une composition vectorielle qui permet d'aboutir à la présente invention, dans le cas d'un autotransformateur élévateur de tension. L'autotransformateur comporte trois bobinages principaux B10, B20, B30 connectés en montage en étoile. Les trois bobinages principaux B10, B20, B30 ont une borne commune N formant le neutre de l'autotransformateur. L'alimentation triphasée de l'autotransformateur est appliquée à trois points d'entrée K"1 , K"2, K"3 appartenant chacun à un des trois bobinages principaux, respectivement B10, B20, B30. Par commodité, dans ce qui suit, les mêmes lettres (par exemple K"1 , K"2 et K"3) désigneront à la fois les bornes d'un bobinage (sur les figures représentant des bobinages), les extrémités du vecteur représentant la tension aux bornes de ce bobinage (sur les figures représentant les compositions vectorielles) ou encore la tension présente entre cette borne et un point situé à l'origine du diagramme vectoriel correspondant.

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.

Pour la composition vectorielle, on choisit le point N comme origine. Les tensions simples d'entrée et de sortie de l'autotransformateur seront référencées par rapport à ce point. Ainsi, le vecteur NK"1 représente l'amplitude et la phase de la tension simple présente sur la borne K"1 de l'alimentation triphasée. Si on suppose que l'alimentation triphasée appliquée en K"1 , K"2 et K"3, est bien équilibrée, le point neutre N représente le point de référence où la somme vectorielle des tensions NK"1 , NK"2, NK"3 est nulle. Les vecteurs NK"2 et NK"3, de même amplitude que le vecteur NK"1 , sont respectivement orientés à +120° et -120° du vecteur de référence NK"1. 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, NK"1 représente le vecteur partant de N et allant jusqu'à K"1 et non l'inverse.

Sur la figure 2, on a choisi comme référence de phase, la phase de la tension simple NK"1 (direction horizontale). Les angles sont mesurés dans le sens horaire. La direction du vecteur NK"2 est à +120° et celle du vecteur NK"3 est à +240°. Les autres compositions vectorielles utilisent les mêmes conventions de représentation.

La figure 4 représente les bobinages prévus sur la branche magnétique M1 de l'autotransformateur. Les bobinages des deux autres branches M2 et M3 sont semblables et se déduisent en remplaçant les repères 1 par 2 ou 3 suivant la branche. La figure 5 représente le montage de l'autotransformateur permettant de réaliser les deux compositions vectorielles de la figure 2 et de la figure 3.

Chacun des bobinages principaux B10, B20 et B30 comporte une première et une deuxième borne. Les premières bornes sont raccordées en

N. Les deuxièmes bornes sont appelées respectivement K'"1 , K'"2 et K'"3.

Chaque bobinage principal B10, B20 et B30 comportent trois prises intermédiaires, K1 , K'1 et K"1 pour le bobinage B10, K2, K'2 et K"2 pour le bobinage B20 ainsi que K3, K'3 et K"3 pour le bobinage B30. Dans le mode réalisation représenté sur la figure 2 (élévateur de tension), les trois tensions triphasées d'entrées sont appliquées aux prises K"1 , K"2 et K"3. Les trois premières tensions de sortie sont en phase avec les tensions triphasées d'entrée et sont disponibles aux deuxièmes bornes K'"1 , K'"2 et K'"3 des bobinages principaux B10, B20 et B30. Un coefficient k représente le rapport entre l'amplitude Va' de la tension des neuf phases de sortie et l'amplitude

Va des trois tensions triphasées d'entrées

Va' = Va x k

Les prises intermédiaires K1 , K2 et K3 peuvent être utilisée pour appliquer des tensions triphasées d'entrées différentes de celles prévues sur les prises K"1 , K"2 et K"3. Cette disposition présente par exemple un intérêt dans le secteur aéronautique.

Dans les avions de taille importante tels que les avions de transport de dizaines ou de centaines de passagers, l'alimentation électrique devient un élément très important dans la conception générale de l'appareil. En effet les appareils électriques placés à bord et servant soit au fonctionnement de l'appareil soit aux services à bord sont de plus en plus nombreux et consomment de plus en plus d'énergie.

Cette énergie est produite par des alternateurs couplés aux moteurs de l'avion et les alternateurs fournissent usuellement une tension triphasée de 1 15 volts efficaces entre neutre et phase, à fréquence de 400 Hz. Cette tension est transportée à l'intérieur de l'avion par des câbles électriques dont la section est proportionnelle au carré de la valeur du courant qui doit pouvoir être transporté par ces câbles. Typiquement, on peut avoir besoin de plusieurs centaines de mètres de câbles capables de transporter plusieurs kilowatts. Il en résulte un poids très important de cuivre ou d'aluminium à installer dans l'avion.

Il est apparu par conséquent qu'il pouvait être préférable de concevoir maintenant des avions dans lesquels l'énergie transportée circule sous 230 volts au moins, afin de diviser sensiblement par 4 la section des câbles transportant l'énergie. Les alternateurs de tels avions seront donc conçus pour fournir directement une alimentation triphasée de 400 Hz à 800Hz et 230 volts efficaces entre neutre et phase. De plus, ces avions modernes vont maintenant être équipés d'un réseau de distribution d'énergie électrique continue, typiquement à 540 volts (plus ou moins 270 volts par rapport à la structure métallique de l'avion). L'intérêt de la distribution d'énergie continue est de permettre, par l'intermédiaire d'onduleurs à fréquence variable, de réaliser une commande individuelle de vitesse de certains moteurs synchrones ou asynchrones présents dans l'appareil (compresseurs, climatiseurs, pompes à carburant etc.).

Par ailleurs, les avions doivent consommer de l'énergie électrique lorsqu'ils sont immobilisés au sol sur un aéroport, moteurs arrêtés. Cette énergie est nécessaire pour assurer des fonctions d'éclairage, climatisation, maintenance, démarrage, etc. Ils sont donc connectés, par l'intermédiaire d'un connecteur triphasé accessible à l'extérieur de l'avion, à des groupes générateurs d'énergie électrique placés au sol, administrés par les aéroports. Les groupes générateurs fournissent tous de l'énergie triphasée sous 1 15 volts efficaces puisque la plupart des avions sont équipés pour fonctionner avec 1 15 volts efficaces. On peut imaginer que dans le futur les aéroports s'équipent avec des groupes fournissant du 1 15 volts et du 230 volts, ou que des groupes spéciaux fournissant 230 volts soient prévus pour le cas où un avion équipé en 230 volts se poserait. Mais cela implique un coût que les aéroports ne souhaitent pas assumer et cette solution n'est envisageable qu'à très long terme lorsque le nombre d'avions équipés en 230 volts sera très significatif.

Dans l'immédiat, la solution est de prévoir sur l'avion un transformateur triphasé placé entre un connecteur d'alimentation extérieure (destiné à être relié au générateur au sol) et le réseau de fourniture d'énergie à 230 volts de l'avion. Ce transformateur ajoute un poids et un encombrement supplémentaire uniquement pour cette raison de logistique des aéroports.

Pour pallier ce problème, un autotransformateur conforme à l'invention peut être alimenté soit en 1 15V par les prises K1 , K2 et K3 soit en 230V par les prises K"1 , K"2 et K"3.

Les six autres tensions de sortie sont réparties par paires symétriquement déphasées de 20° par rapport aux trois premières tensions de sorties. Afin de les produire, l'autotransformateur comporte sur chaque branche magnétique M1 , M2 et M3 deux bobinages auxiliaires X1 et Y1 pour la branche M1 , X2 et Y2 pour la branche M2 ainsi que X3 et Y3 pour la branche M3. La première tension de sortie A1 est déphasée de -20° par rapport à la tension K'"1 et est obtenue de la façon suivante : Une première borne du bobinage auxiliaire Y2 est raccordé à la prise K'1 et la deuxième borne du bobinage auxiliaire Y2 forme le point A1. De même, la deuxième tension de sortie B1 est déphasée de +20° par rapport à la tension K'"1 et est obtenue en raccordant une première borne du bobinage auxiliaire X3 à la prise K'1. La deuxième borne du bobinage auxiliaire Y2 forme le point B1.

On pratique de façon semblable pour obtenir les dernières tensions de sortie. Les tensions A2 et B2 sont déphasées respectivement de -20° et +20° par rapport à la tension K'"2 et les tensions A3 et B3 sont déphasées respectivement de -20° et +20° par rapport à la tension K'"3. La tension A2 est obtenue en raccordant une première borne du bobinage auxiliaire Y3 à la prise K'2. La deuxième borne du bobinage auxiliaire Y3 forme le point A2. La tension B2 est obtenue en raccordant une première borne du bobinage auxiliaire X1 à la prise K'2. La deuxième borne du bobinage auxiliaire X1 forme le point B2. La tension A3 est obtenue en raccordant une première borne du bobinage auxiliaire Y1 à la prise K'3. La deuxième borne du bobinage auxiliaire Y3 forme le point A3. La tension B3 est obtenue en raccordant une première borne du bobinage auxiliaire X2 à la prise K'3. La deuxième borne du bobinage auxiliaire X2 forme le point B3.

Les longueurs des vecteurs représentés sur la figure 2 permettent de définir les nombres de spires des différents bobinages. Tout d'abord pour le bobinage principal B10, le rapport k entre les amplitudes des tensions d'entée Va et de sortie Va' permet de définir le rapport entre le nombre N total de spires de l'enroulement B10 et le nombre de spires n"1 entre les points N et K"1 :

N = n"1 x k

Le nombre de spires ni entre les points N et K1 est défini de la même façon. Par exemple, si l'autotransformateur est alimenté soit en 230V par les prises K"1 , K"2 et K"3 soit en 1 15V par les prises K1 , K2 et K3 on aura :

N = n1 x 2k Les nombres de spires n'1 entre la borne N et la prise K'1 ainsi que le nombre de spires des bobinages auxiliaires peut être défini par construction géométrique sur le figure 2 ou encore par calcul trigonométrique.

Afin d'assurer la symétrie de l'autotransformateur, les nombres de spires des autres bobinages principaux B20 et B30 sont définis de la même façon en changeant les repères 1 par 2 ou 3 aux déterminations qui précèdent. Pour la même raison, les bobinages auxiliaires ont tous le même nombre de spires. La symétrie de l'autotransformateur permet d'en assurer la réversibilité et permet de ne pas introduire de déphasage entre le courant et la tension sur l'alimentation. Le sens d'enroulement des différents bobinages sur leur noyau magnétique respectif est donné par l'orientation des vecteurs représentés sur la figure 2 ou encore par les points représentés sur la figure 5 au voisinage de la première spire de chaque bobinage ; Pour mémoire, pour les bobinages principaux, les points indiquant les premières spires ont été représentés pour chaque prise intermédiaire. Cette convention est également utilisée pour les autres compositions vectorielles et toutes les figures représentant le montage d'autotransformateurs.

La figure 3 représente une autre composition vectorielle permettant de définir les caractéristiques d'un autotransformateur abaisseur de tension dont les bobinages principaux B10, B20 et B30 sont connectés en étoile. Contrairement au mode de réalisation représenté sur la figure 2, les tensions triphasées d'alimentation sont appliquées entre les bornes K'"1 , K'"2 et K'"3 des trois bobinages principaux. Les trois premières tensions de sortie en phase avec les tensions d'entrée sont recueillies aux points K"1 , K"2 et K"3. Il est toujours possible de prévoir deux possibilités pour alimenter l'autotransformateur, soit par les bornes K'"1 , K'"2 et K'"3, soit par les prises intermédiaires K1 , K2 et K3. Le reste de la construction vectorielle de la figure 3 se fait en conservant le même module pour les différents vecteurs représentant les tensions de sortie K"1 , K"2, K"3, A1 , B1 , A2, B2, A3 et C3. Le calcul des nombres de spires et la détermination du sens d'enroulement des bobinages se fait par analogie avec ce qui a été présenté dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2.

La figure 6 représente une autre composition vectorielle permettant de définir les caractéristiques d'un autotransformateur élévateur de tension. Le raccordement des bobinages nécessaires pour réaliser cette composition vectorielle est représenté sur la figure 7. L'autotransformateur comporte trois bobinages principaux B12, B23 et B31 connectés en triangle et enroulé chacun sur une branche magnétique, respectivement M1 , M2 et M3. Les bornes situées aux extrémités du bobinage B12 portent les repères E1 et E2. De même, les bornes situées aux extrémités du bobinage B23 portent les repères E2 et E3 et enfin les bornes situées aux extrémités du bobinage B31 portent les repères E3 et E1. La tension d'alimentation triphasé d'entrée peut être appliquée soit entre les bornes E1 , E2 et E3 soit entre les points 11 , 12 et 13 formant des prises intermédiaires respectivement des bobinages B12, B23 et B31. Pour une même amplitude de tension de sortie de l'autotransformateur, la tension d'entrée appliquée entre les points E1 , E2 et E3 sera double de celle appliquée entre les points 11 , 12 et 13.

L'autotransformateur comporte sur chaque branche magnétique M1 , M2 et M3 cinq bobinages auxiliaires P12, Q12, R12, S12 et T12 pour la branche M1 , P23, Q23, R23, S23 et T23 pour la branche M2 ainsi que P31 , Q31 , R31 , S31 et T31 pour la branche M3.

Une tension de sortie C1 est obtenue de la façon suivante : Une première borne du bobinage P12 est raccordé à la borne E1 et un point intermédiaire du bobinage P12 est raccordée à une première borne du bobinage R31. La seconde borne du bobinage R31 forme le point C1.

Les six autres tensions de sortie sont réparties par paires symétriquement déphasées de 20° par rapport aux trois premières tensions de sorties C1 , C2 et C3. La première tension de sortie A1 est déphasée de - 20° par rapport à la tension C1 et est obtenue de la façon suivante : Une première borne du bobinage auxiliaire P12 est raccordé à la borne E1 et la deuxième borne du bobinage auxiliaire P12 est raccordée à une première borne du bobinage Q23. La seconde borne du bobinage Q23 forme le point A1.

De même, la deuxième tension de sortie B1 est déphasée de +20° par rapport à la tension C1 et est obtenue en raccordant une première borne du bobinage auxiliaire S31 à la borne E1. La deuxième borne du bobinage auxiliaire S31 est raccordée à une première borne du bobinage T23. La seconde borne du bobinage T23 forme le point B1.

Pour ne pas surcharger la figure 6, seules les raccordements nécessaires pour obtenir les tensions A1 , B1 et C1 ont été représentées. Les raccordements nécessaires pour obtenir les autres tensions peuvent se déduire par permutation circulaire.

La figure 8 représente une autre composition vectorielle permettant de définir les caractéristiques d'un autotransformateur abaisseur de tension. Le raccordement des bobinages nécessaires pour réaliser cette composition vectorielle est représenté sur la figure 9. L'autotransformateur comporte trois bobinages principaux B12, B23 et B31 connectés en triangle et enroulé chacun sur une branche magnétique, respectivement M1 , M2 et M3. Les bornes situées aux extrémités du bobinage B12 portent les repères E1 et E2. De même, les bornes situées aux extrémités du bobinage B23 portent les repères E2 et E3 et enfin les bornes situées aux extrémités du bobinage B31 portent les repères E3 et E1. Le bobinage B12 comporte des prises intermédiaires J1 , J'1 , J"1 et J'"1. De même, le bobinage B23 comporte des prises intermédiaires J2, J'2, J"2 et J'"2. Enfin le bobinage B31 comporte des prises intermédiaires J3, J'3, J"3 et J'"3. La tension d'alimentation triphasé d'entrée peut être appliquée soit entre les bornes E1 , E2 et E3 soit entre les points J'1 , J'2 et J'3. Pour une même amplitude de tension de sortie de l'autotransformateur, la tension d'entrée appliquée entre les points E1 , E2 et E3 sera double de celle appliquée entre les points J'1 , J'2 et J'3.

L'autotransformateur comporte sur chaque branche magnétique M1 , M2 et M3 trois bobinages auxiliaires X12, Y12, et Z12 pour la branche M1 , X23, Y23, et Z23 pour la branche M2 ainsi que X31 , Y31 , et Z31 pour la branche M3. Une tension de sortie C1 est obtenue de la façon suivante : Une première borne du bobinage Z12 est raccordé au point J'"3. La seconde borne du bobinage Z12 forme le point C1 .

Les six autres tensions de sortie sont réparties par paires symétriquement déphasées de 20° par rapport aux trois premières tensions de sorties C1 , C2 et C3. La première tension de sortie A1 est déphasée de - 20° par rapport à la tension C1 et est obtenue de la façon suivante : Une première borne du bobinage auxiliaire X23 est raccordé au point J"3. La seconde borne du bobinage X23 forme le point A1 . De même, la deuxième tension de sortie B1 est déphasée de +20° par rapport à la tension C1 et est obtenue en raccordant une première borne du bobinage auxiliaire Y23 au point J1 . La seconde borne du bobinage Y23 forme le point B1 .

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

Pour cela, comme cela est représenté à la figure 10, on connecte l'alimentation triphasée aux entrées d'un autotransformateur AT et on connecte les sorties à un triple pont redresseur de trois fois six diodes. Pour plus de commodité, les entrées sont notées E1 , E2 et E3 et pour les montages en étoile, les sorties en phase avec les tensions d'entrée : C1 , C2 et C3.

L'autotransformateur AT délivre trois systèmes triphasés S1 , S2 et S3. Chaque système comprend trois phases déphasées de 120° l'une de l'autre. Le dispositif comporte en propres à chaque système, un pont de redressement, respectivement P1 , P2 et P3, ainsi que des moyens de lissage, respectivement L1 , L2 et L3. Les pont de redressement P1 , P2 et P3 et les moyens de lissage L1 , L2 et L3 forment des moyens de redressement R du dispositif. Pour chaque système S1 , S2 ou S3, les moyens de lissage L1 , L2 ou L3 comportent une sortie positive, respectivement L1 +, L2+ et L3+ et une sortie négative, respectivement L1 -, L2- et L3-. Les sorties positives L1 +, L2+ et L3+ de chacun des moyens de lissage sont raccordées entre elles pour former une sortie positive R+ des moyens de redressement. Les sorties négatives L1 -, L2- et L3- de chacun des moyens de lissage sont raccordées entre elles pour former une sortie négative R- des moyens de redressement. Entre les sorties R+ et R- deux condensateurs Co1 et Co2 sont raccordés en série. Le point commun des deux condensateurs Co1 et Co2 est relié à une masse du dispositif. Les moyens de lissage L1 , L2 et L3 associés aux condensateurs Co1 et Co2 permettent de limiter principalement la tension de mode commun, et également la tension de mode différentielle entre les deux sorties R+ et R-. Le dispositif est destiné à alimenter une charge Ch raccordée entre les sorties R+ et R-.

Avantageusement, les moyens de lissage L1 , L2 et L3 comportent chacun deux bobinages couplés sur un seul circuit magnétique respectivement M1 , M2 et M3. Il est bien entendu que les circuits magnétiques M1 , M2 et M3 sont indépendants les uns des autres. Les bobinages portent les références L1 1 et L12 pour les moyens de lissage L1 , L21 et L22 pour les moyens de lissage L2 et enfin L31 et L32 pour les moyens de lissage L3. Les deux bobinages L11 et L12 des moyens de lissage L1 sont représentés à titre d'exemple sur la figure 2. Les moyens de lissage L1 , L2 et L3 sont indépendants les uns des autres. Ainsi au travers de chacun des moyens de lissage L1 , L2 ou L3 ne transite que le courant propre à chaque pont de redressement P1 , P2 ou P3. Le courant circulant dans chaque bobinage, par exemple L1 1 et L12 d'un même moyen de lissage est égal et on n'atteint pas la saturation. Cette disposition permet de réduire la masse des circuits magnétiques M1 , M2 et M3. Sur chaque circuit magnétique, par exemple M1 , le sens d'enroulement de chaque bobinage L1 1 et L12 est défini de façon à annuler les ampères-tours des deux bobines. Sur la figure 1 , Le sens d'enroulement est symbolisé par des points représentés au voisinage de la première spire de chaque bobinage et par une forme en Z de chaque circuit magnétique. Autrement dit les deux bobinages de chaque moyen de lissage sont raccordés en mode commun. Les moyens de lissage ne filtrent principalement que la tension de mode commun. La valeur de self des moyens de lissage est réduite et le filtrage de la tension de mode différentielle est assuré par la self de fuite des moyens de lissage. La définition des moyens de lissage est réalisée de façon à obtenir une valeur de self de fuite suffisante.

Avantageusement, pour chaque système S1 , S2 et S3, le pont de redressement associé, respectivement P1 , P2 et P3 comporte une sortie positive respectivement P1 +, P2+ et P3+, et une sortie négative respectivement P1 -, P2-, P3-. Pour chaque pont de redressement, la sortie positive est raccordée à une entrée positive des moyens de lissage. De même, pour chaque pont de redressement, la sortie négative est raccordée à une entrée négative des moyens de lissage.

Avantageusement, l'entrée positive des moyens de lissage L1 , L2, et L3 est formée par une première borne de la première bobine respectivement L1 1 , L21 , L31 , et l'entrée négative des moyens de lissage est formée par une première borne de la seconde bobine respectivement L12, L22, L32. Une seconde borne de la première bobine forme la sortie positive respectivement L1 +, L2+ et L3+ des moyens de lissage L1 , L2 et L3 et une seconde borne de la seconde bobine forme la sortie négative respectivement L1 -, L2- et L3- des moyens de lissage L1 , L2 et L3.

Claims

REVENDICATIONS

1. Autotransformateur destiné à être connecté à une alimentation en tension triphasée d'amplitude donnée fournissant trois premières tensions de sortie (C1 , C2, C3) d'amplitudes identiques et six autres tensions de sortie (A1 , A2, A3, B1 , B2, B3) de même amplitude que les trois premières tensions de sortie et réparties par paires symétriquement déphasées de 20° par rapport aux trois premières tensions de sorties, caractérisé en ce que les tensions de sortie ont des amplitudes plus fortes ou plus faibles que l'amplitude de l'alimentation triphasée.

2. Autotransformateur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'autotransformateur comporte un noyau magnétique à trois branches (M1 , M2, M3) et sur chaque branche magnétique un bobinage principal (B10) ayant une première (N) et une deuxième bornes (K'"1 ), les trois bobinages principaux (B10, B20, B30) étant électriquement connectés entre eux en leur première borne (N) en montage en étoile, en ce que les trois premières tensions de sortie sont en phase avec les tensions triphasées d'entrée, en ce qu'il comporte aussi sur chaque branche magnétique (M1 ) deux bobinages auxiliaires (X1 , Y1 ), en ce que pour chaque branche, le bobinage principal (B10) d'une première branche (M1 ) donnée ayant entre sa première (N) et sa deuxième (K'"1 ) borne, une première (K'1 ) et une deuxième (K"1 ) prises intermédiaires, le premier bobinage auxiliaire (X3) d'une troisième branche (M3) donnée ayant une première borne connectée respectivement à la première prise intermédiaire (K'1 ) du bobinage principal (B10) de la première branche donnée et une deuxième borne d'entrée ou sortie (B1 ) présentant une tension déphasée de +20° avec la tension présente sur la deuxième borne (K'"1 ) du bobinage principal (B10) de la première branche (M1 ) et constituant une sortie respective parmi neuf sorties de l'autotransformateur, le deuxième bobinage auxiliaire (Y2) de la deuxième branche (M2) donnée ayant une première borne reliée à la première (K'1 ) prise intermédiaire du bobinage principal (B10) de la première branche donnée et une deuxième borne d'entrée ou sortie (B1 ) présentant une tension déphasée de -20° avec la tension présente sur la deuxième borne (K'"1 ) du bobinage principal (B10) de la première branche (M1 ) et constituant une autre sortie respective parmi neuf sorties de l'autotransformateur.

3. Autotransformateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bobinage principal (B10) de chaque branche (M1 ) comporte une troisième (K1 ) prise intermédiaire et en ce que l'alimentation de l'autotransformateur peut se faire soit par la deuxième (K"1 ) soit par la troisième (K1 ) prise intermédiaire ou encore par la deuxième borne (K'"1 ) de chaque bobinage principal (B10).

4. Autotransformateur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il constitue un autotransformateur élévateur de tension, en ce que les tensions triphasées d'entrée sont appliquées soit entre les troisièmes prises intermédiaires (K"1 , K"2, K"3) soit entre les premières prises intermédiaires (K1 , K2, K3) et en ce que les trois premières tensions de sortie sont délivrées sur les deuxièmes bornes (K'"1 , K'"2, K'"3) de chaque bobinage principal (B10, B20, B30)..

5. Autotransformateur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il constitue un autotransformateur abaisseur de tension, en ce que les tensions triphasées d'entrée sont appliquées soit entre les deuxièmes bornes (K'"1 , K'"2, K'"3) soit entre les troisièmes (K1 , K2, K3) prises intermédiaires des trois bobinages principaux (B10, B20, B30) et en ce que les trois premières tensions de sortie sont délivrées sur les deuxièmes prises intermédiaires (K"1 , K"2, K"3) de chaque bobinage principal (B10, B20, B30).

6. Autotransformateur selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il constitue un autotransformateur élévateur de tension, en ce que l'autotransformateur comporte un noyau magnétique à trois branches (M1 , M2, M3) 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 triangle, en ce qu'il comporte aussi sur chaque branche magnétique (M1 ) cinq bobinages auxiliaires (P12, Q12, R12, S12, T12), en ce que l'autotransformateur est destiné à être alimenté par les bornes (E1 , E2, E3) des bobinages principaux (B12, B23, B31 ), en ce que pour chaque branche, une première borne du premier bobinage auxiliaire (P12) de la première branche est raccordé à la première borne (E1 ) du bobinage principal de la branche considérée, et un point intermédiaire du premier bobinage auxiliaire (P12) est raccordée à une première borne d'un troisième bobinage auxiliaire (R31 ) de la troisième branche, la seconde borne du troisième bobinage auxiliaire (R31 ) formant le point où la première tension de sortie (C1 ) est disponible, la deuxième borne du premier bobinage auxiliaire (P12) est raccordée à une première borne du deuxième bobinage (Q23) auxiliaire de la deuxième branche, la deuxième borne du deuxième bobinage (Q23) auxiliaire de la deuxième branche formant le point où la deuxième tension de sortie (A1 ) est disponible, une première borne du quatrième bobinage auxiliaire (S31 ) de la troisième branche est raccordé à la première borne (E1 ) du bobinage principal de la branche considérée, la deuxième borne du quatrième bobinage auxiliaire (S31 ) de la troisième branche est raccordée à une première borne du cinquième bobinage auxiliaire (T23) de la deuxième branche, la seconde borne du cinquième bobinage auxiliaire (T23) de la deuxième branche formant le point où la troisième tension de sortie (B1 ) est disponible.

7. Autotransformateur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il peut être alimenté soit par les bornes (E1 , E2, E3) des bobinages principaux (B12, B23, B31 ) soit par des points intermédiaires (11 , 12, 13) des bobinages principaux (B12, B23, B31 ).

8. Autotransformateur selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il constitue un autotransformateur abaisseur de tension, en ce que l'autotransformateur comporte un noyau magnétique à trois branches (M1 , M2, M3) 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 triangle, en ce qu'il comporte aussi sur chaque branche magnétique (M1 ) trois bobinages auxiliaires (X12, Y12, Z12), en ce que le bobinage principal (B12) comporte trois prises intermédiaires (J1 , J"1 , J'"1 ) en ce que l'autotransformateur est destiné à être alimenté par les bornes (E1 , E2, E3) des bobinages principaux (B12, B23, B31 ), en ce que pour chaque branche, une première borne du troisième bobinage auxiliaire (Z12) de la première branche est raccordé à la troisième prise intermédiaire (J'"3) de la troisième branche, la deuxième borne du troisième bobinage auxiliaire (Z12) de la première branche formant le point où la première tension de sortie (C1 ) est disponible, une première borne du premier bobinage auxiliaire (X23) de la deuxième branche est raccordé à la deuxième prise intermédiaire (J"3) de la troisième branche, la deuxième borne du premier bobinage auxiliaire (X23) de la deuxième branche formant le point où la deuxième tension de sortie

(A1 ) est disponible, une première borne du deuxième bobinage auxiliaire (Y23) de la deuxième branche est raccordé à la première prise intermédiaire (J1 ) de la première branche, la deuxième borne deuxième du bobinage auxiliaire (Y23) de la deuxième branche formant le point où la troisième tension de sortie

(B1 ) est disponible,

9. Autotransformateur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il peut être alimenté soit par les bornes (E1 , E2, E3) des bobinages principaux (B12, B23, B31 ) soit par des quatrièmes prises intermédiaires (J'1 , J'2, J'3) des bobinages principaux (B12, B23, B31 ).

10 Convertisseur de tension alternatif/continu, caractérisé en ce qu'il comprend un autotransformateur selon l'une des revendications précédentes et un triple pont redresseur à diodes (P1 , P2, P3) recevant les tensions de sortie de l'autotransformateur.