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"TRANSFORMATEUR A COURANTS ALTERNATIFS, EQUILIBRE POUR
LES APPLICATIONS DE L'ARC ELECTRIQUE"
La présente invention se rapporte la création d'un appareil à réglage interne de la puissance disponible pour la transformation équilibrée de courants alterna- tifs monophasés ou polyphasés en courants alternatifs d'un nombre quelconque'de phases et destinés séparément à l'alimentation d'appareils monophasés, à arc devant fonc- tionner de préférence à puissance constante.
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La puissance dépensée pour l'alimentation des différents arcs est répartie d'une façon égale sur les différentes phases primaires quel que soit le régime de fonctionnement du transformateur.
La demande de brevet déposée le 10 Décembre
EMI2.1
1926 en FRANCE par le même inventeur sous le numéro de (,'!J. d1Z' j1"''- pevs.ebxl S&.-&49-, permettait la transformation équi- l / lï'i' / ' / ' ,.:.'" ; librée des courants alternatifs polyphasés en courant monophasé, pour les applications thermiques de l'alectri- cité en général, et les applications de l'arc en parti- culier, avec un fonctionnement à puissance constante dans le circuit secondaire monophasé.
La constance de la puissance dans le circuit secondaire était obtenue dans la demande de brevet précitée par la séparation des deux enroulements, primaire et se- condaire, respectivement polyphasé et monophasé, montés sur une carcasse circulaire en tôles feuilletées, à l'in- térieur de laquelle tourne un rotor portant un enrouler ment amortisseur équilibrant la charge sur les phases de l'enroulement primaire.
Le transformateur spécial faisant l'objet de la présente invention est d'une construction beaucoup plus simple que la machine précédente et est basé sur l'utilisation partielle en charge, dans un système d'en- roulements polyphasés ou monophasés formant le secondaire du transformateur, du flux engendré par un autre système d'enroulements polyphasés ou monophasés formant le pri- maire.
Les deux systèmes d'enroulements sont bobinés l'un contre l'autre sur une armature circulaire établie
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de préférence en tôles feuilletées, et à l'intérieur ou à l'extérieur de laquelle est placée une autre armature portant un amortisseur électrique équilibrant la charge sur les phases des enroulements primaires dans le cas où les charges des enroulements secondaires sont déséqui- librées. L'une des armatures tourne par rapport à l'autre à la vitesse du synchronisme.
Les dessins annexés montrent, à titre d'exemple, un cas particulier de la transformation de courants tri- phasés en courant monophasé.
La fig. 1 est une vue schématique d'un transforma- teur conforme 4 l'invention alimentant un appareil de soudure à arc.
La fig. 2 est une coupe d'un transformateur à deux pôles,
La fig. 3 montre schématiquement la disposition des spires des enroulements.
La fil 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la fig. 2.
La fig. 5 montre un diagramme d'un transformateur ordinaire.
La fig. 6 montre le diagramme d'un transformateur conforme à l' invention.
La fig. 7 montre schématiquement une autre disposi- tion de l'invention.
La fig. 8 montre la disposition des spires de l'un des enroulements.
La fig. 9 est une courbe de variation de force électromotrice.
La fig. 10 montre une variante du transformateur.
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La fig. 11 est une vue d'une autre variante.
La fig. 12 montre une dernière variante.
La fig. 1 montre un transformateur conforme à. l'invention alimentant un appareil de soudure à l'arc
1. Les enroulements triphasés primaires du transformateur sont indiqués en 2, l'enroulement monophasé en 3 et le rotor en 4. Le rotor 4 porte indépendamment d'un enroule- ment amortisseur 50, un autre enroulement 51 excité par l'intermédiaire des bagues et frotteurs 5 et 6, par un courant continu provenant d'une source quelconque 7.
La fig. 2 représente une coupe du transforma- teur bobiné à deux pôles, comportant une carcasse 8 munie des encoches 9 destinées à porter les deux enroulements 2 et 3 de la fige 1. Le rotor 4 est du type à pôles saillants et comporte un amortisseur en cage d'écureuil 10, et un enroulement excitateur à courant continu 11, Il est à remarquer qu'une partie seulement des encoches 9 a été représentée sur la fig. 2.
L'utilisation partielle du flux primaire dans l'enroulement secondaire en charge est basée sur une dif- férence de section des spires primaires et secondaires ainsi qu'il est indiqué sur la fig. 3. Le cadre secon- daire 12 faisant partie de l'enroulement secondaire 3 de la fig. 2, avec ses prises 14, enveloppe uniquement la section de fer du rotor 4 tandis que le cadre 13 faisant partie de l'enroulement primaire 2, avec ses prises 15 enveloppe la section de fer du rotor 4, et une section d'air environnant.
La fig. 4 est une coupe du transformateur sui- vant la ligne 1V-1V de la fig. 2. Sur la fig. 4 on distin-
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que la différence de longueur et par conséquent de section des enroulements 2 et 3. Cette différence peut également être répartie d'une façon égale de chaque côté de la carcasse 8.
La réluctance du circuit magnétique de l'enrou- lement secondaire 3 est uniquement due au fer et à l'entrefer du transformateur, tandis que la réluctance de l'enroulement primaire 2 comprend également la reluc- tance de la section d'air embrassé.A vide, la tension d'alimentation primaire, constante, engendre un flux pri- maire, tournant et constant, dont le circuit magnétique comprend le circuit 17 dans l'air et le circuit 16 dans le fer. Le rapport des réluctances de ces deux circuits est très grand, le fer du transformateur n'étant pas satu- ré, et la plus grande partie du flux primaire passe ainsi dans l'enroulementsecondaire 3.
Lorsque le circuit secondaire 3 est fermé par l'arc 1 de la fig. 1, le courant secondaire qui prend naissance tend à s'opposer au passage du flux primaire suivant le chemin 16. Cet effet équivaut, physiquement, à une augmentation de reluctance du chemin magnétique 16 c'est-à-dire à une diminution des rapports des reluctan- ces des chemins 17 et 16, et à une diminution du flux utile primaire traversant le secondaire du transformateur.
Dans le diagramme général des transformateurs représenté par la fig. 5,20 désigne la force électromo- trice secondaire en charge, 21 la direction du courant secondaire i, 22 la chute de tension ohmique Ri, 23 la chut de tension réactive Li, et 24 la force électrorao- trice à vide. Si l'on applique ce diagramme au transfor-
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mateur de la fig. 4, on obtient le diagramme représente en fig. 6, en-remarquant que l'angle de déphasage entre la tension et le courant est nul dans l'arc et la chute de tension ohmique 22 négligeable par rapport à la chute de tension réactive 23 due en grande partie au flux empruntant le chemin magnétique 17 de la fig. 4.
Le courant secondaire est représenté, à une constante près, par la ligne 23 et la caractéristique de variation de ce courant en fonction de la force électro- motrice en charge est ainsi donnée par le cercle 25 de la fig. 6, montrant que pour des valeurs de la tension d'amorçage 24, comprises entre deux et trois fois la ten- sion en charge 20 aux bornes de l'arc, la puissance peut être considérée comme pratiquement constante dans larc.
La fig. 7 représente le schéma d'une autre dis- position de l'invention, utilisant le principe des auto- transformateurs. Les enroulements primaires triphasés sont indiqués par la référence 26, une dérivation 27 est prise sur une phase 28 de 26 pour l'alimentation de l'appareil de soudure 1. Le rotor 4 est du même type que celui¯ de la fige 1.
Plusieurs dérivations sur les différentes pha- ses peuvent également être prises, dans, le cas d'alimen- tation de plusieurs appareils à arc.
La fig. 8 représente la disposition des spires de l'enroulement de la phase 28 de la fig, 7, le cadre 30 correspondant aux spires 27 et le cadre 29 aux autres spires de la phase 28.
Il est bien évident'que les 'cadres 29 et 30 de la fig. 8 ainsi que les cadres 12'et 13 de la fige 3
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peuvent comporter un nombre de spires 'quelconque pour permettre l'obtention de la tension secondaire désirée.
La partie des cadres se trouvant dans l'air est repré- sentée sur les figures avec une forme rectangulaire mais l'invention n'est pas limitée à cette disposition parti- culière.
Les deux autres phases de l'enroulement tripha- sé 26 peuvent être bobinées soit à longues spires analo- gues à 29 soit à courtes spires analogues à 30.
La soudure à l'arc nécessite pour faciliter le travail de l'opérateur un amorçage facile de l'arc, qui ne peut être obtenu en courant alternatif que par une courbe de force électromotrice analogue à celle repré- sentée sur la fig. 9, où les changements de polarité sont très brusques.
L'utilisation partielle du flux primaire aide à l'obtention de cette courbe de force,;électromotrice.
Cette obtention peut encore être favorisée par un bobi- nage des enroulements en utilisant une encoche par pôle et par phase. La présente invention n'est d'ailleurs pas limitée à ce cas spécial et il est évident que l'on peut employer un nombre et une forme quelconque d'encoches par pôle et par phase, ainsi que toute disposition des enroulements dans les encoches et une forme quelconque des têtes des bobines.
Le rotor 4 du transformateur spécial des fig. 1 et fig, 7 peut être soit du type à pôles saillants repré- senté sur la fig, 2 soit du type cylindrique analogue à celui des moteurs asynchrones ordinaires. Il porte à sa périphérie un système conducteur 50 à grande'conductibi-
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lité, constitué soit par un enroulement en court-circuit, une cage d'écureuil, ou un cylindre de cuivre. Le rotor
4 peut également porter un enroulement excité par un cou- rant continu, pour permettre l'élévation du facteur de puissance du transformateur. La longueur du rotor 4 peut êtrâ égale soit à la longueur des @pires secondaires 3 soit à la longueur des spires primaires 2.
D'après la fig. 4 le rotor 4 est indiqué égal à la longueur de la carcasse 8 :
Pour la fusion d'électrodes de différents diamètres, la soudure à l'arc nécessite dès-courants et par suite des puissances secondaires variables. Dans ce but, la présente invention indiqué quelques dispositifs qui sont tous basés sur une variation de l'utilisation partielle du flux primaire en charge.
Un premier dispositif est obtenu avec le trans- formateur de la fig. 4 par exemple, en faisant varier l'induction primaire, par variation du nombre de spires primaires. Le nombre de spires secondaires peut également être rendu variable pour conserver un-rapport de trans- formation constant.
La fig. 10 représente une vue schématique d'un transformateur conforme à l'invention comportant des enrou- lements triphasés 2 également répartis des deux côtés de la carcasse 8, un enroulement monophasé 3 et un rotor 4, Le réglage de la valeur de la puissance secondaire dispo- nible, est obtenu en déplaçant, par un système mécanique convenable, suivant l'axe de la machine, les deux groupes de couronnes concentriques de tôles feuilletées 34 et 35, 36 et 37. Dans le cas où le rotor aurait la longueur des
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spires primaires les couronnes 35 et 37 serviraient seules au réglage.
La fig. 11 est une vue schématique d'un trans- formateur avec un réglage par une couronne 38 en tôles feuilletées venant glisser sur la partie extérieure de la carcasse 8; le diamètre intérieur de la couronne 38 étant le même que le diamètre extérieur de 8.
Pour le démarrage du rotor du transformateur la disposition de la présente invention est directement utilisable. En effet si l'on considère la fig. 4, le cir- cuit magnétique 17 de fuite augmente la self-induction du primaire et par suite le rotor démarre comme un moteur ordinaire à cage d'écureuil branché sur un autotransfor- mateur.
Afin d'augmenter le couple au démarrage, les noyaux 34 de la fig. 10 peuvent être munis d'une cage d'écureuil résistante, et pour le démarrage il suffira d'avoir les noyaux 34 et 36 respectivement en regard des carcasses 35 et 37.
Il est à noter que le transformateur conforme à l'invention peut ainsi être employé comme moteur d'induction.
En définitive, la disposition la plus intéres- sante de l'invention est donnée par la fig. 12 où l'en- roulement primaire 3 est bobiné sur deux stators 8 et 40 et où l'enroulement secondaire 2 est bobiné sur le stator 8 seulement.
La machine comporte duex rotors l'un 4 à cage d'écureuil peu-résistante, fixe sur l'arbre, et l'autre 42 à cage d'écureuil résistante, pouvant se déplacer sui- @
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vant l'axe de la machine.
On peut également supprimer la cage d'écureuil du rotor 42 tout en restant dans l'esprit de l'invention.
Il est bien évident que la présente invention pourrait comporter un ou plusieurs des dispositifs décrits précédemment ou en général tout dispositif permettant de faire varien le rapport de reluctance des circuit ma- gnétique 16 et 17 de la fig. 4.
Les dispositifs précédents quoique décrits pour le cas d'un transformateur triphasé-monophasé à deux pô- les peuvent être appliqués à des transformateurs à courant polyphasés à un nombre quelconque de pôles et donnant plusieurs courants secondaires utilisés pour plusieurs arcs.
La présente invention s'étend également à la transformation d'un courant monophasé soit en courant mo- nophasé soit en courants polyphasés à puissance constante ainsi que la disposition spéciale d'un transformateur dont le rotor porterait les enroulements primaires et secon- daires et le stator, l'amortisseur.