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PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES DE COMMANDE ET DE REGLAGE DES MOTEURS ELEC- -TRIQUES A RENVERSEMENT DE MARCHE
La présente Invention vise des perfectionnements aux systèmas de commande et de réglage des moteurs électriques à renversement de marche, applicables notamment aux moteurs d'avancement des électrodes dans les ma- chines de soudure à l'arc automatique"
Elle offre tout d'abord un système de commando perfectionné pour moteurs électriques, notamment pour moteurs à courant alternatif, grâce au quel le sens de marche peut être inversé avec un bon fonctionnement du mo- teur dans les deux sans, sans qu'il soit nécessaire de àrmer ou d'ouvrir des circuits électriques,
ni de déplacer des éléments mobiles,'
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Les moyens et systèmes de commande perfectionnés objet de l'in- vention, peuvent recevoir une foule d'applications, la commande du moteur d'avancement des électrodes dans une machine de soudure, celle d'éléments mobiles de régulateurs d'induction, la réglage du ressort d'un régulateur de turbine destiné à ajuster l'ouverture de valves de celle-ci, la commande du moteur-pilote d'un système de réglage quelconque, etc***
Les systèmes perfectionnés sont particulièrement avantageux dans la première application visée ci-dessus, c'est-à-dire celle qui concerne les moteurs d'avancement des électrodes dans une machine de soudure à l'arc auto- matique,
pour déplacer une électrode de façon à la rapprocher ou l'éloigner d'une autre électrode, En vue d'amorcer et ensuite de maintenir un arc ayant une caractéristique déterminée; c'est pourquoi l'invention sera représentée et décrite dans cette applications particulière .donnée à titre d'exemple non limitatif
Plus particulièrement encore, l'invention sera décrite dans son application au cas où la seconde électrode est constituée par l'article à souder;
cette indication très particulière n'ayant aucun caractère limitatif non plus, car, ainsi qu'il a déjà été dit, l'invention peut être appliquée à tous les systèmes destinés à amorcer et maintenir un arc de soudure*
Elle offre tout d'abord un équipement perfectionné de fonctionne- ment à la fois sensible, sûr et positif, et applicable à la fois aux systè- mes de soudure à l'ara à courant alternatif ou à courant continu,
pour com- mander un moteur réversible qui effectue 1'avancement de l'électrode en fonc- tion d'une grandeur électrique du circuit de soudure* Elle couvre encore d' autres particularités importantes qui seront décrites plus loin-
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avan- %ages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple, et dans lesquels :
Les Fig.1 et 2 sont des schémas de montages relatifs à deux réa- lisations de l'invention-
La Fig'3 offre unedisposition des bobines représentées dans le circuit à point ou équilibré prévu dans ces montages*
Les Fig.4 et 5 se rapportent à une autre réalisation de l'inven- tion destinée à l'emploi du courant continu pour la soudure-
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La Fig.6 enfin se rapporte à une dernière variante'
Dans ces figures, 1 désigne l'électrode, et 2 la pièce sur la- quelle on se propose d'effectuer le travail de soudure! l'électrode 1 est rapprochée ou éloignée de la pièce 2 au moyen d'un moteur d'avancement 3;
ce moteur 3 est relié , de manière directe ou indirecte, au mécanisme d'avance- ment représenté par des rouleaux ou galets 4, ar des organes ou moyens re- présentés schématiquement par la ligne pointillée 5.
L'électrode 1 et la pièce 2 sont reliées à. un circuit de soudure recevant du courant continu ou du courant alternatif. A titre d' exemple, on a supposé qu'il s'agit d'un circuit à courant alternatif comportant une sour- ce de courant alternatif désignée par 6, un transformateur ? 7 et une réactance 8.
Cette dernière est destinée à fournir la caractéristique tombante désirée pour la soudure, mais elle peut être supprimée,, si le transformateur 7 possè- de une réactance intérieure suffisamment élevée,,
Le sans et la vitesse de rotation du moteur d'alimentation 3 sont commandés par un circuit à pont auquel est relié ce moteur* A cet effet, des bobines 9 à 12 inclusivement qui sont reliées antre elles, en 13 à 16 inclu- sivement, et au moteur 3, sont agencése de manière à constituer un pont de Wheststane, L'induit 17 du moteur 3 est relié aux sommets 14 et 16 du pont, et une source de force électromotrice 18 est reliée directement ou indirecte- ment, par l'intermédiaire d'un transformateur 19 et de conducteurs 20 et 21,
aux autres bornes 13 et 15 du pont* L'inducteur 22 du moteur 3 est relié à la source d'alimentation 18 par les conducteurs 23-24, 20-21 et le transfor- mateur 19
Des dispositifs influencés par une caractéristique du circuit de soudure sont utilisés, conformément à l'invention, pour varier les impé- dances relatives des branches ou côtés du pont décrit ci-dessus , en vue de commander le sens et la vitesse de rotation du moteur* Dans le système par- ticulier représenté, ces dispositifs comprennent un noyau 25 qui est déplacé dans la bobine 11 par des moyens électromagnétiques influencés par une carac- téristique du circuit de soudure Le mouvement de ce noyau de fer modifie la réactance de la bobine 11 et rompt ainsi l'équilibre du pont,
en variant l'intensité et le sens du courant passant dans le circuit de l'Induit 17 du moteur 3
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Le noyau 25 est supporté à l'intérieur de la bobine 11 au moyen d'un ressort 26, et il est déplacé au moyen d'un autre noyau 27 qui lui est fixé et qui s'étend à l'intérieur d'une bobine 28 qui est montée en dériva- tion sur les électrodes d'arc 1 et 2 par des conducteurs 29 et 30 et un rhéos- tat 31 Grâce à 8 montage, l'excitation de la bobine 28 varie en fonction de la longueur de l'arc entre les électrodes 1 et 2 et l'ajustage du rhéos- tat 31 Ceci posé, on peut se représenter comme suit la fonctionnement de 1'équipement qui vient d'être décrit :
Lorsque l'électrode 1 est dégagée de la pièce 2 formant la se- conde électrode, et que les deux électrodes sont reliées à une source de cou- rant de soudure, la tension entière de la source est appliquée à la bobine 28 qui , en conséquence, se trouve complètement excitée* Le noyau 27 est ainsi attiré à l'intérieur de cette bobine, en amenant le noyau 25 dans la bobine 11 du circuit de pont* Cela a pour effet d'augmenter l'impédance de cette bobine,
et l'impédance de la branche du circuit de pont qui comprend cette bobine'
La modification d'impédance ainsi occasionnée rompt l'équilibre du pont en faisant passer du courant dans l'induit du moteur 3 dans un asna propre à amener l'électrode 1 vers la pièce* Cette manoeuvre d'alimentation continue jusqu'à ce que l'électrode 1 engage l'électrode 2, la bobine 28 est alors court-cirouitéest les noyaux 27 et 25 sont tirés de manière complète ou partielle à l'extérieur de leurs bobines, par l'action du ressort 26.
Lorsque cela se produit, l'impédance de la bobine 11 diminue no- tablement* Il en résulte que le pontest déséquilibré, de façon qu'un courant traverse l'induit 17 du moteur d'alimentation en sens opposé à sa direction primitive de passage! le moteur 3 est ainsi appelé à renverser son sans de rotation, et dans ces conditions il éloigne l'électrode 1 de 1'électrode 2, pour amorcer l'arc de soudure* Dès qu'un arc a été établi entre les électro- des 1 et 2, la bobine 28 est de nouveau alimentée par un courant qui varie en fonction de la longueur de l'arc établi entre les électrodes 1 et 2 L'ex- citation de la bobine 28 attire de nouveau le noyau 27 dans son intérieur et amène ainsi le noyau 25 dans la bobine 11
Lorsque le potentiel de l'arc a atteint une valeur déterminée,
l'amplitude de la course du noyau 25 et de la bobine 11 est suffisante pour
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déséquilibrer de nouveau le pont, de manière à inverser le sens de rttation du moteur 3, pour émaner l'électrode 1 vers la pièce 2
La vitesse d'amenée de l'électrode 1 vers l'électrode 2 est alors commandée par le mouvement du noyau 25 à l'intérieur de la bobine 11, pour déséquilibrer suffisamment la pont, afin que le moteur 3 fonctionne à une vitesse suffisante pour maintenir la caractéristique désirée de l'arc de sou- dure La longueur désirée de l'arc de soudure peut être commandée en ajustant l'alimentation de la bobine 28 par le rhéostat 31, ou en ajustant la tension du ressort 26,
ou par ces deux moyens réunis
L'équipement de la Fig'2 présente des analogies notables avec cet lui qui a été décrit en regard de la Fig 1 Le sens et la vitesse de rotation du moteur 3 sont également commandés en modifiant, an fonction d'une caracté- ristique du circuit de soudure, l'équilibre du circuit de pont dans lequel il est relié* A cet effet, quatre bobines (9 à 12) et le moteur 3 sont reliés de façon à constituer un pont de Wheatstone dont les sommets 32 et 33 sont re- liés à une source de courant alternatif 34, par les conducteurs 35 et 36 L'induit 17 du moteur est relié aux autres sommets 38 et 39 du pont,
par les conducteurs 40 et 411 l'inducteur 22 du moteur est relié à la source de cou- rant par les conducteurs 23 et 24
La distribution du flux dans les bobines 9 à 12 est commandée par une bobine 45 coopérant avec celles-ci; cette dernière est reliée, par des conducteurs 46 et 47, au circuit de soudure comprenant les électrodes 1 et 2, de manière que son excitation varie sous l'effet des variations dans les ca- ractéristiquee du circuit de soudure* Dans l'équipement représenté à titre d'exemple, la bobine 45 est reliée aux électrodes 1 et 2 en dérivation sur l'arc de soudure et est ainsi rendue sensible à la tension de l'arc;
mais on comprend que, d'une manière générale, cette bobine peut aussi être rendue sensible à l'intensité du courant de soudure seule ou combinée avec la ten- sion de l'arc, ou à toute autre caractéristique choisie du circuit de soudu- ré
La Fig'3 représente une disposition des bobinas 9 à lsur une carcasse magnétique 48;
cette carcasse est munie de trois branches, les bo- binas 12-10 et 9-11 étant placées respectivement sur les branches extérieures et la bobine 45 placée sur la branche médians. La disposition des bobines est telle que lorsque le potentiel instantané du conducteur 35 est positif par
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rapport au conducteur 36, le courant passe dans chaque bobine dans 'on sens propre à faire passer le flux dans les branchée extérieures de la carcasse 48 dans le sens des aiguilles d'une montre* :En même temps, la 'bobine 45 qui est reliée dans le circuit de soudure, envoie du flux vers le haut dans la bran- che médiane de la carcasse;
par conséquent, le flux dû à la bobine 45 exerce une action s'opposant au passage du flux dans les bobines 12 et 10 et facili- tant le passage du flux dans les bobines 9 et 11.
Le fonctionnement de l'équipement décrit est le suivant : Lorsque les ampères-tours de la bobine 10 sont plus grands que ceux des bobines 9, 18 et 11, comme représenté Fig.2 et 3, le potentiel instantané du sommet de pont 38 est positif par rapport à celui du sommet de pont 39, en supposant que le potentiel du conducteur 35 soit positif par rapport à celui du conclue- teur 36 Le courant est ainsi envoyé dans l'induit 17 du moteur 3, depuis la borne 38, par les conducteurs 40 et 41, vers la borne 391 mais, en raison du courant passant dans la bobine 45, l'équilibre de flux dans la carcasse est rompu, de sorte que le flux traversant les bobines 9 et 11 est renforcé, et celui traversant les bobines 10 et 12 est affaibli- En conséquence,
le poten- tiel de la borne 38 est réduit et celui de la borne 39 est accru au-delà de ce qu'il était avant que la bobine 45 ait été excitée, et la polarité peut alors être renversée-
Si la différence de potentiel entre les bornes 37 et 39 est ré- duite, la vitesse du moteur 3 est aussi réduite, et si le potentiel des bor- nes 38 et 39 est inversé, l'induit 17 du moteur d'alimentation inverse aussi .on sans de marche, En raison de l'inversion du sens du courant qui lehtra- verse*
En conséquence, suivant la tension de l'arc, qui détermine lderci- tation de la bobine 45, la vitesse et le sens de rotation du moteur 3 sont commandés pour déplacer l'électrode 1 en la rapprochant ou l'éloignant de la pièce 2,
et pour maintenir la tension désirée déterminée par l'ajustage et le réglage relatif des circuits de commande* :En variant le degré d'excitation ou les ampères-tours les diverses bobines, le système peut titre appelé à ré- gler une caractéristique désirée quelconque d'un arc de soudure*
Le réglage du circuit de pont dépend de la nature de l'opéra- tion de soudure que l'on veut exécuter Si l'on utilise des électrodes ne se consommant pas, par exemple en carbone ou en tungstène, le moteur d'amenée
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est normalement immobile et c'est seulement de temps à autre qu'il est action- né pour rapprocher les électrodes l'une par rapport à l'autre,
en vue de com- penser leur consommation lexlte dans l'aro D'autre part, si on utilise une électrode fusible, comme c'est le cas pour la soudure à l'arc métallique, le moteur est en marche à peu près contixue et permanente pour amener l'élec- trode à la vitesse appropriée en vue dedmaintanir un arc de soudure ayant les caractéristiques désirées' Le réglage du pont dépend ainsi des conditions opératives désirées*
Dans tous les cas, le fonctionnement de l'équipement est le même, à savoir le suivant:
un pont magnétique est commandé par des moyens électro- magnétiques influencés par une caractéristiques du circuit de soudure, pour faire passer un courant dans le circuit du moteur d'amenée avec une valeur appropriée et dans le sens approprié pour déplacer l'électrode, de façon à la rapprocher ou l'éloigner de la pièce, en vue d'amorcer et de maintenir l'arc de soudure'
L'invention est applicable en général avec toutes sortes de cou- rants électriques et à tous les gantée de soudures dans lesquels l'arc est établi antre l'électrode et la pièce, comme représenté;
ainsi qu'à tous les autres genres de soudures dans lesquels l'arc est établi entre plusieurs é- lectrodes
Dans les équipements considérés, le pont a été décrit comme un pont à courant alternatif, mais on conçoit qu'on peut aussi faire appel à un pont à courant continu, sans pour cela sortir du cadre de l'invention' Dans le cas d'un tel pont à courant continu, on recourt par exemple à un rhé- ostat ou une résistance variables en remplacement de l'impédance variable 11 du pont décrit fig'l et des moyens équivalents Fig.2 et 3.
La valeur de la résistance est commandée par des moyens électromagnétiques, tels que ceux représentés au dessin, en vue de commander l'équilibre du pont
En cas de courant alternatif, la bobiner des Fig.2 et 3 est re- liée directement aux électrodes de soudure 1 et 2, mais si la source est à courant continu, il est nécessaire de prévoir d'autres moyens, par exemple de relier la bobine 45 à une source de courant alternatif et de faire varier l'intensité du courant passant dans le circuit, au moyen d'un relais à cou- rant continu influencé par les conditions du circuit de soudure:
mais un tel système n'est pas nécessaire lorsqu'on utilise l'équipement représenté Fig.4
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et 50
Dans l'équipement des Fig*4 et 5, le circuit de pont comprend les bobines 49 à 52 respectivement. L'induit 17 du moteur d'alimentation est relié dans le circuit de galvanomètre du pont, par des conducteurs 54 et 55, et les inducteurs 56 et 57 du moteur sont reliés en série avec les bobines 49 à 52 dans des branches diamétralement opposées du pont* Les bornes (ou son- mets) du pont 58 et 60 sont reliées à une source de courant alternatif 62,63' Les autres bornes ou sommets du pont 59 et 60 déterminent le circuit galva- nométrique du pont*
Somme représenté Fig'S, les bobines 52 et 50 sont placées sur un circuit magnétique 68,
tandis que les bobines 49 et 51 sont placées sur un autre circuit magnétique 65 Une bobine de commande 66, représentée sché- matiquement sur la Fig.4 comme étant divisée et associée aux bobines 49 et 51 est montée aussi sur 65. Cette bobine 66 est destinée à modifier l'impédance des bobines 49 et 51 en commandant la saturation du circuit 65 sur laquelle sont placées ces bobines' Elle est reliée en dérivation sur les électrodes de soudure 1 et 2, par des conducteur)* 69 et 70, et une bobine de choc 67 est insérée dans le circuit pour empêcher les courante alternatifs induite de traverser l'arc de soudure*
On peut aussi faire appel à d'autres systèmes ou moyens pour em- pêcher des courante alternatifs de passer dans le circuit à courant continu* A cet effet, la bobine 66 peut, par exemple,
ttre divisée en deux parties dont chacune est associée avec une des bobines 49 et 51 du pont, de manière que la tension induite dans une moitié de la bobine 66 soit opposée à celle qui est induite dans l'autre moitié de cette bobine* Lorsqu'on fait appel à un tel système, la bobine de choc 67 n'est pas nécessaire*
L'induit 17 du moteur est relié aux rouleaux ou galets d'alimen- tation 4, pour déplacer l'électrode mobile 1 en vue de la rapprocher ou de l'éloigner de son électrode coopérante 2.
La source 53 de courant de sou- dure est une machine à courant continu agencée pour fournir une caractéristi- que tombante appropriée* Au lieu de faire appel à une génératrice fournissant de manière propre et inhérente, la caractéristique désirée, on peut aussi re- courir à une génératrice à potentiel constant avec une résistance mont,. dans le circuit de soudure*
On peut se représenter comme suite le fonctionnement de la variante des Fig.4 et 5
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L'impédance des deux branches du pont, comprenant les bobines 50 et 52, est constante, mais l'impédance des deux autres branches, comprenant les bobines 49 et 51,
est variable' La variation désirée dans l'impédance est réalisée en modifiant la perméabilité du circuit magnétique 65 par variation de sa saturation au moyen du flux produit par la bobine 66.
L'excitation de la bobine 66 varie avec la tension de l'arc de soudure* Ainsi, suivant la tension d'arc, qui varie avec la longueur de l'arc la saturation du circuit magnétique 65 est commandée par la bobine 66a et l'impédance des bobines 49 et 51 est modifiée de manière correspondante* Cet- te modification dans l'impédance des bobines 49 et 51 commande le sens et le passage du courant dans le circuit de pont dont elles font partie, ainsi que l'intensité et le sans du courant passant dans l'induit 17 du moteur* Par conséquent, le moteur tourne dana le sens approprié et avec la vitesse appro- priée pour maintenir aux valeurs désirées la longueur et la tension de l'arc
Il est intéressant d'observer que les systèmes décrits ne compor- tent pas de contacts, ni d'organes mobiles, Par conséquent,
on n'introduit pas de variables additionnelles dans les systèmes conformes à l'invention, au cours du fonctionnement normal' Une fois qu'ils ont été réglés, ces équipe- ments maintiennent et conservent indéfiniment leur réglage*
D'autres dispositions permettant également le réglage d'un mo- teur sans contacts ni pièces mobiles, sont encore possibles sans qu'il soit nécessaire de recourir à des circuits équilibrés Cea dispositions sont basées sur le fait que le couple à l'arrêt d'un moteur à collecteur à cou- rant alternatif est proportionnel au cosinus de l'angle de décalage entre les courante statorique s et rotorique, c'est-à-dire très sensiblement à celui de l'angle décalage entre les tensions d'alimentation correspondantes* En utili- sant donc la tension aux bornes de l'arc,
qui est variable non seulement en grandeur, mais aussi en phase, par rapport à la tension du réseau, pour ali- menter, soit en totalité, soit partiellement, l'un des circuits stator1que et rotorique, l'autre étant soumis par exemple à une tension fixe de phase déter- minée, on peut obtenir que le couple du moteur soit nul pour une certaine va- leur déterminée ,dans un sens ou dans l'autre,, suivant que cette tension s'é- carte, par excès ou par défaut, de la valeur convenable choisie sa ce point'
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Dans la Fig.6 ,qui concerne une telle réalisation, on a auppoaé que le stator 71 du moteur 3 est alimenté par uno tension fixe 72, qui est par exemple celle du réseau* Quant au rotor 17,
il est alimenta par une ten- sion variable résultant de la composition vectorielle de la tension au bor- nes de l'arc et d'une tension fournie par le secondaire d'un petit transfor- mateur auxiliaire 73 dont le primaire est aussi alimente par le réseau' Il est facile de vérifier que, moyennant un choix convenable des diverses cons- tantes, les courants statorique et rotorique sont en quadrature pour une cer- taine valeur de la tension aux bornes de l'arc; le couple est alors nul pour cette tension qui correspond à une longueur déterminée de l'arc*
Il va de soi que de nombreuses variantes sont possibles, surtout si la tension d'alimentation 72 du stator 71 est prélevée, par exemple, sur une autre phase que celle qui alimente l'arc* La tension supplémentaire four- nie par le transformateur 73 peut alors devenir inutile;
on peut aussi le pré- lever sur une phase différente, ou encore intervertir les alimentations du stator et du rotor- On peut, en outre, insérer des impédances additionnelles (réactances, résistances, capacitances, etc**) dans les circuits, en vue d'en modifier les constantes*
Enfin, des dispositions analogues sont possibles avec un moteur d'induction à deux enroulements etatoriques; le couple est alors proportion- nel au sinus de l'angle de décalage entre les deux courants statoriques, et il est immédiat de modifier an conséquence l'alimentation des circuits cor- respondants, pour obtenir un résultat équivalent à celui indiqué ci-dessus*
La description et la représentation de l'invention ont été aim- plifiées autant que possible;
on a notamment fait abstraction des divers in- terrupteurs et autres appareils analogues qui devraient être prévus dans les circuits* Par exemple, des interrupteurs seraient prévus pour fermer et ou- vrir les circuits de soudure et d'excitation de pont, et dans certaines cir- constances, ces interrupteurs seraient enclenchés, de façon à alimenter et à. désexciter simultanément ces circuits*
Suivant une autre variante, le circuit de pont pourrait être dé- séquilibré en modifiant l'impédance de plusieurs branches du pont, au liée d'une seuls-
D'autre part, les diverses bobines des ponts représentés et dé-
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