Core-type : bobinages

Le schéma thermique équivalent des bobinages dépend du type d’isolation utilisée. Pour les

isolations à air ou air-résine ainsi que l’isolation à huile, les bobinages primaires et secondaires

sont indépendants, c’est-à-dire qu’ils ne peuvent pas échanger par conduction et qu’ils sont

complètement séparés par le fluide qui entoure le TMF (air ou huile). En revanche, dans le cas

de l’isolation résine, les bobinages primaires et secondaires sont encapsulés dans le même

isolant solide et un échange thermique par conduction entre ces derniers est donc possible.

5.4.2.1 Isolations de type « Air », « Air-Résine » ou « Huile »

La Figure 109 présente une vue en coupe horizontale (perpendiculairement aux colonnes sur

lesquelles les bobinages sont placés) des bobinages primaire et secondaire d’une colonne. Le

trait fin en pointillé définit une symétrie puisque la géométrie core-type possède deux colonnes

bobinées de façon identique. Sur cette coupe horizontale, deux points chauds sont identifiés

pour chaque bobinage : un situé sur un le plan « OW » (Outside Window : hors de la fenêtre de

bobinage) et un autre situé sur le plan « IW » (Inside Window : à l’intérieur de la fenêtre de

bobinage). Les points chauds d’un même bobinage peuvent échanger entre eux par conduction

via les résistances thermiques représentées sur la Figure 109. Ces résistances sont d’ailleurs

calculées en ne prenant en compte que la conduction longitudinale dans le bobinage lui-même

et sans tenir compte de l’éventuelle couche de résine recouvrant le bobinage. En effet, la

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celle d’un matériau isolant telle qu’une résine, puisque le bobinage est un bon conducteur

électrique (au moins dans la direction de circulation du courant électrique).

Figure 109 : Schéma thermique équivalent d’un plan de coupe horizontal de bobinages à isolation « Air-Résine »

La Figure 110 présente une vue en coupe verticale, correspondant donc aux plans « IW » et

« OW » de la Figure 109. Les nœuds centraux correspondent aux points chauds et c’est

également à ces nœuds que les sources de chaleur liées aux pertes dans les bobinages sont

positionnées. A partir de là et dans chacune des quatre directions, on trouve la résistance

thermique de conduction du bobinage puis la résistance thermique de conduction de la couche

de résine et enfin les résistances thermiques de convection et radiation. A noter que dans le cas

d’une isolation à air ou à huile sans couche de résine sur les bobinages, le schéma thermique

est identique à ceci près que les résistances thermiques de conduction liées à la résine sont nulles

et donc absentes du schéma.

151

Afin de calculer les résistances thermiques de convection et radiation, le Tableau 14 dresse la

liste des surfaces pour chaque portion de bobinage en considérant différentes directions : interne

signifie que la face est orientée vers la colonne du noyau, et externe signifie qu’elle est orientée

dans le sens opposé.

Tableau 14 : Liste des surfaces de bobinages à isolation « Air-Résine », corrélations de convection associées et radiation

Bloc Surface Convection Naturelle Convection Forcée Radiation

Bobinage 1

Hors _fenê

tr

e ^Externe_Dessus ^{Plaques parallèles verticales}_{Plaque horizontale – dessus Plaque dos à l’écoulement}^{Plaques parallèles Non}_Oui

Interne Plaques parallèles verticales Plaques parallèles Non

Dessous Plaque horizontale – dessous Plaque face à l’écoulement Oui

Bobinage 2

Hors _fenê

tr

e ^Externe_{Dessus Plaque horizontale – dessus}^{Plaque verticale Plaque dans le sens de l’éoculement}_{Plaque dos à l’écoulement} ^Oui_Oui

Interne Plaques parallèles verticales Plaques parallèles Non

Dessous Plaque horizontale – dessous Plaque face à l’écoulement Oui

Bobinage 1

Dans _fenê

tr

e ^Externe_Dessus ^{Plaques parallèles verticales}_{Plaque horizontale – dessus *Plaque horizontale – dessus}^{Plaques parallèles Non}_Non

Interne Plaques parallèles verticales Plaques parallèles Non

Dessous Plaque horizontale – dessous *Plaque horizontale – dessous Non

Bobinage 2

Da

ns

fenê

tr

e ^Externe_Dessus ^{Plaques parallèles verticales}_{Plaque horizontale – dessus *Plaque horizontale – dessus}^{Plaques parallèles Non}_Non

Interne Plaques parallèles verticales Plaques parallèles Non

Dessous Plaque horizontale – dessous *Plaque horizontale – dessous Non

*Pour les faces horizontales internes de la fenêtre de bobinages en convection forcée, on considère qu’elles ne sont pas soumises au flux et on prend donc le coefficient de convection naturelle sur ces faces

En remarquant que, pour chaque bobinage, l’ensemble des résistances thermiques de la Figure

110 peut être combiné en une seule, on peut simplifier le schéma thermique global de chaque

bobinage pour obtenir les schémas présentés en Figure 111. Il apparait nettement que les

bobinages primaire et secondaire sont thermiquement indépendants dans cette modélisation.

Figure 111 : Schémas thermiques équivalents globaux de bobinages à isolation « Air-Résine » (versions simplifiées)

5.4.2.2 Isolation de type « Résine »

La Figure 112 présente une vue en coupe horizontale (perpendiculairement aux colonnes sur

lesquelles les bobinages sont placés) des bobinages primaire et secondaire d’une colonne, de

façon similaire à ce qui a été fait pour le cas précédent. La seule différence est l’absence de

fluide entre les deux bobinages, et donc la présence de résistances thermiques de conduction

liées à la résine et permettant un échange de chaleur entre les deux bobinages.

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Figure 112 : Schéma thermique équivalent d’un plan de coupe horizontal de bobinages à isolation « Résine »

On retrouve d’ailleurs également ces résistances sur la vue en coupe verticale de la Figure 113,

qui est en tout point identique au cas précédent par ailleurs.

Figure 113 : Schéma thermique équivalent d’un plan de coupe vertical de bobinages à isolation « Résine »

Le calcul des résistances thermiques de convection et de radiation pour chaque surface est

effectué à l’aide du Tableau 15. Les deux bobinages étant encapsulés dans un seul bloc, le

nombre de surfaces à considérer est forcément réduit.

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Tableau 15 : Liste des surfaces de bobinages à isolation « Résine », corrélations de convection associées et radiation

Bloc Surface Convection Naturelle Convection Forcée Radiation

Dans _fenê

tr

e ^{Externe Plaque verticale Plaque dans le sens de l’éoculement Oui}

Dessus Plaque horizontale – dessus Plaque dos à l’écoulement Oui

Interne Plaques parallèles verticales Plaques parallèles Non

Dessous Plaque horizontale – dessous Plaque face à l’écoulement Oui

Hors _fenê

tr

e ^{Externe Plaques parallèles verticales Plaques parallèles Non}

Dessus Plaque horizontale – dessus *Plaque horizontale – dessus Non

Interne Plaques parallèles verticales Plaques parallèles Non

Dessous Plaque horizontale – dessous *Plaque horizontale – dessous Non

*Pour les faces horizontales internes de la fenêtre de bobinages en convection forcée, on considère qu’elles ne sont pas soumises au flux et on prend donc le coefficient de convection naturelle sur ces faces

Au final, le schéma thermique équivalent global (Figure 114) montre bien que dans ce cas les

deux bobinages ne sont plus indépendants thermiquement.

Figure 114 : Schéma thermique équivalent global de bobinages à isolation « Résine » (version simplifiée)

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