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"GENERATRICE A COURANT CuNTINU A EXCITATION SHUNT, POUR COURANTS DE COURT-CIRCUIT REGLABLES, EN PARTICULIER POUR LA SOUDURE ELECTRIQUE"
Une génératrice utilisée pour la soudure électrique doit satisfaire aux conditions suivantes : a) Pouvoir se régler en vue de différents courants de soudure (ou de caractéristiques statiques diffé- rentes) sans emploi d'une résistance dans le circuit principal. b) Permettre d'obtenir la caractéristique exigée en service normal de soudure (caractéristique dynamique). c) Eviter des courants de court-circuit initiaux
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trop grands à l'amorçage, en particulier lorsque la machine est réglée pour de faibles courants de soudure.
La machine décrite ci-après permetde realiser ces trois conditions de façon simple et économique.
La construction et le fonctionnement de la machine seront décrits en référence à la Fig. 1 du dessin, qui représente une machine bipolaire, mais il est clair que la présente invention s'étend également à toute machine conçue dans le même esprit et ayant un nombre ,.le pôles supérieur.
La machine possède une paire de balais princi- paux A,B, permettant ac capter de la manière habituelle le courant principal de la machine, et de plus une pairede balais auxiliaires a.b. cette dernière paire étant montée de façon à pouvoir se déplacer. Les pôles principaux PH du stator portent chacun 3 enroulements: Un enroulement shunt I relié à la paire de balais principaux, un enroulement compound II alimenté par les balais auxiliaires a b et un enroulement anti-ccmpound III parcouru par le courait principal et dont l'accouplement induc- tif avec les deux enroulements précédents est relâché par des trajets de dispersion. Les pôles auxiliaires PW sont excités de façon normale.
Le fonctionnement de la machine estle suivant : E étant la tension aux bornes de la machine, on peut prendre aux balais auxiliaires b, suivant la position de ceux-ci, une tension quelconque désirée entre les limites + E. Lorsque les balais auxiliaires sont placés dans l'axe des pôles principaux, et que la machine tourne à vide, la tension aux dits balais auxiliaires est nulle; en déplaçant ces balais dans le sens des aiguilles d'une montre (position représentée sur la Figure), pour une polarité des balais principaux et un sens de rotation indiqués sur la Fig., le balais a devient positif par rapport au
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balais h, et négatif lorsque ce déplacement a lieu en sens in- verse de celui des aiguilles d'une montre.
En charge, le champ magnétique transversal qui se forme induit dans les bobines du rotor situées entre a et b une tension additionnelle et telle que, lorsque le courant augmente, le balais a devient graduelle- ment de plus en plus négatif par rapport au balais b. Pour une certaine position des balais auxiliaires,la tension entre ces balais peut, par conséquent, changer de polarité entre la mar- che à vide et la pleine charge. En branchant sur cette tension l'enroulement d'excitation II, les ampères-tours de celui-ci au - ront donc toujours une action de compoundage entre la marche à vide et la marche en charge,analogue à ce qui se passe pour un enroulement compound parcouru par le courant principal.
Grâce à ce changement de polarité des balais auxiliaires, obtenu par un choix approprié de leur position, il est possible de produire en marche à vide un effet inversement compound, c'est-à-dire diminuant la tension, cette action s'atténuant jusqu'à disparaître à mesure que s'accroît la charge parce qu'alors la ten- sion aux balais auxiliaires agit dans le sens d'un renforcement du champ.
En déplaçant l'axe des balais auxiliaires à par- tir de l'axe polaire, dans le sens de rotation, on a donc un moyen de maintenir la tension à vide de la machine à une faible valeur, l'importance de cette tension influençant la grandeur du courant initial de court-circuit et représentant un moyen pour diminuer celui-ci. En choisissant convenablement la saturation, lorsque la charge augmentera lentement (carac"' térisLique statique), la tension de marche à vide augmentera tout d'abord, de sorte que l'on obtiendra une courbe ayant l'allure représentée à la Fig. 2. Dès lors, en service normal, l'abaissement de la tension à vide n'affectera pas la
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tension d'amorçage ni le courant de court-circuit permanent.
Le réglage en vue de différents courants de soudure se fait à partir de la position des balais représentée f en déplaçant les balais auxiliaires dans le sens de rotation.
Pour obtenir des courants de faible intensité, les balais oivent se déplacer plus loin dans le aens indiqué; par là l'action anti-ccmpound en marche à vide pour les courants faibles s'accroît progressivement, c'est-à-dire que le courant de circuit momentané devient plus petit, ce que l'on voulait justement atteindre.
Au lieu de déplacer les balais auxiliaires, le réglage peut également se faire au moyen d'une résistance ré- glable branchée en série (Fig. 3), en laissant invariable la position des balais. Afin d'obtenir un faible courant de court-circuit pour des courants de soudure de faible intensité, il faut choisir alors comme position fixe des balais auxiliaires un axe g déplacé, en partant de la ligne médiane des pôles, à l'opposé du sens de rotation.
On obtient la caractéristique dynamique voulue en disposant les deux enroulements 1 et II sur la partie du noyau polaire éloignée de l'armature, ce qui nécessite toutefois en plus un enroulement anti-compound III, logé également sur le noyau polaire, mais aussi près que possible de l'armature, et en outre, des pièces polaires c en fer comme indiqué sur la Figure 1. Ces pièces polaires forment un shunt magnétique destiné à permettre au champ antagoniste créé par l'enroulement III de se propager plus loin avec le moins d'amortissement possible.
Sans un tel shunt magnétique, le champ antago- niste serait en effet, lors de variations rapides du courant, obligé de passer par les enroulements I et II fermés sur euxmêmes, ce qui,en raison de l'accouplement magnétique rigide de
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ces enroulements, y induirait, par effet de transformateur, des courants dont l'action s'opposerait à une variation rapide du dit champ antagoniste, c'est-à-dire en retarderait la formation. A l'aide de ce shunt magnétique, l'accouplement inductif devient lâche, de sorte que la variation du flux lié à l'enroulement III se fait sans amortissement et que par conséquent la variation de la tension de l'induit avec le courant s'effectue rapidement.
Afin de rendre cette action plus efficace encore, il est bon que la culasse soit entièrement ou au moins partiellement feuilletée, ce qui peut se faire par exemple en fixant des tôles entre les points ± et e, comme indiqué dans la Fig.
Le relâchement de l'accouplement inductif entre les enroulements d'excitation peut aussi s'obtenir autrement; par exemple, on peut aussi produire le champ antagoniste dans un circuit magnétique complètement séparé. On emploie dans ce but une pièce en fer disposée à côté de ces enroulements dans le sens axial, et munie seulement d'ampères-tours anti-compound; alors le réglage des différents courants de soudure se fait en faisant tourner cette pièce en fer d'un certain angle dans la carcasse, à chaque position correspondant un degré de compoun- dage différent et par suite une autre caractéristique statique.
En employant deux parties en fer séparées, on peut aussi supprimer les balais auxiliaires et remplacer l'en- roulement compound qui était excité à partir des dits balais et bobiné sur la première partie en fer à côté de l'enroulement shunt par un enroulement compound renforçant le champ directement excité par le courant principal, tandis que l'autre partie en fer, portant l'enroulement à courant principal affaiblis- sant le champ, est montée de manière à pouvoir tourner d'un certain angle dans la carcasse pour régler le courant de courtcircuit à différentes valeurs.
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Un autre moyen pour relâcher l'accouplement in- ductif entre les enroulements d'excitation serait le suivant :
Pour le développement et le guidage du champ anta- goniste, on peut, comme il ressort de la Fig. 4, utiliser aussi l'enroulement des pôles auxiliaires et les noyaux des dits pô- les. A cet effet,il suffit de munir la. pièce polaire normale S de ces pôles d'une pièce polaire additionnelle S', que l'on monte aussi près que possible de l'armature. Par ailleurs, les lettres de référence ont la mêmesignification que celles de la Fig. 1. Cette disposition présente un avantage du fait que le champ antagoniste se ferme directement à travers le fer de l'armature, d.e sorte que l'excitation du champ ne crée aucune aimantation préalable dans le noyau des pôles auxiliaires.
Dans ce cas également, il n'cst nécessaire de prévoir sur le pôle principal que l'enroulement shunt et l'enroulement compound.
Le stator se trouve ainsi allégé et son poids correspond à celui d'une machine normale correspondante.
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"CONTINUOUS CURRENT GENERATOR WITH SHUNT EXCITATION, FOR ADJUSTABLE SHORT-CIRCUIT CURRENTS, IN PARTICULAR FOR ELECTRIC WELDING"
A generator used for electric welding must meet the following conditions: a) Be able to adjust for different welding currents (or different static characteristics) without the use of a resistor in the main circuit. b) Make it possible to obtain the characteristic required in normal welding service (dynamic characteristic). c) Avoid initial short-circuit currents
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too large at ignition, especially when the machine is set for low welding currents.
The machine described below makes it possible to achieve these three conditions in a simple and economical manner.
The construction and operation of the machine will be described with reference to FIG. 1 of the drawing, which shows a bipolar machine, but it is clear that the present invention also extends to any machine designed in the same spirit and having a higher number, .le poles.
The machine has a pair of main brushes A, B, enabling the main current of the machine to be picked up in the usual way, and in addition a pair of auxiliary brushes a.b. the latter pair being mounted so as to be able to move. The main PH poles of the stator each carry 3 windings: A shunt winding I connected to the pair of main brushes, a compound winding II supplied by the auxiliary brushes ab and an anti-ccmpound III winding traversed by the main current and whose coupling inductive with the previous two windings is released by dispersion paths. The auxiliary PW poles are energized in the normal way.
The operation of the machine is as follows: E being the voltage at the terminals of the machine, it is possible to take from the auxiliary brushes b, depending on their position, any voltage desired between the limits + E. When the auxiliary brushes are placed in the axis of the main poles, and when the machine is idling, the voltage at said auxiliary brushes is zero; by moving these brushes in the direction of clockwise (position shown in the Figure), for a polarity of the main brushes and a direction of rotation shown in the Fig., the brush a becomes positive with respect to the
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brushes h, and negative when this movement takes place in the opposite direction to that of clockwise.
Under load, the transverse magnetic field which forms induces in the coils of the rotor located between a and b an additional voltage and such that, when the current increases, the brush a gradually becomes more and more negative compared to the brush b . For a certain position of the auxiliary brushes, the voltage between these brushes can, therefore, change polarity between no-load operation and full load. By connecting the excitation winding II to this voltage, the ampere-turns of the latter will therefore always have a compounding action between the no-load operation and the load operation, analogous to what happens for a winding compound traversed by the main current.
Thanks to this change in the polarity of the auxiliary brushes, obtained by an appropriate choice of their position, it is possible to produce in no-load operation an inversely compound effect, that is to say reducing the voltage, this action being attenuated until 'to disappear as the load increases because then the tension on the auxiliary brushes acts in the direction of a strengthening of the field.
By moving the axis of the auxiliary brushes from the polar axis, in the direction of rotation, we therefore have a means of maintaining the no-load voltage of the machine at a low value, the size of this voltage influencing the magnitude of the initial short-circuit current and representing a means of reducing it. By choosing the saturation suitably, when the load increases slowly (static characteristic), the no-load voltage will first increase, so that a curve will be obtained having the shape shown in Fig. 2. Therefore, in normal service, lowering the no-load voltage will not affect the
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ignition voltage or permanent short-circuit current.
The adjustment for different welding currents is made from the position of the brushes shown f by moving the auxiliary brushes in the direction of rotation.
To obtain low intensity currents, the brushes must move farther in the direction indicated; hence the anti-ccmpound action in no-load operation for weak currents increases progressively, i.e. the momentary circuit current becomes smaller, which is precisely what we wanted to achieve.
Instead of moving the auxiliary brushes, the adjustment can also be done by means of an adjustable resistor connected in series (Fig. 3), leaving the position of the brushes invariable. In order to obtain a low short-circuit current for low-intensity welding currents, it is then necessary to choose as the fixed position of the auxiliary brushes a displaced g axis, starting from the center line of the poles, opposite to the direction of rotation.
The desired dynamic characteristic is obtained by placing the two windings 1 and II on the part of the polar core remote from the armature, which however requires in addition an anti-compound winding III, also housed on the polar core, but as close as possible of the armature, and in addition, the pole pieces c made of iron as shown in Figure 1. These pole pieces form a magnetic shunt intended to allow the antagonistic field created by winding III to propagate further with the least depreciation possible.
Without such a magnetic shunt, the antagonistic field would in fact, during rapid variations of the current, be forced to pass through the windings I and II closed on themselves, which, due to the rigid magnetic coupling of
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these windings, would induce there, by transformer effect, currents whose action would oppose a rapid variation of said antagonistic field, that is to say would delay its formation. With the help of this magnetic shunt, the inductive coupling becomes loose, so that the variation of the flux linked to the winding III is done without damping and therefore the variation of the armature voltage with the current s 'performs quickly.
In order to make this action even more effective, it is advisable for the cylinder head to be entirely or at least partially laminated, which can be done for example by fixing sheets between points ± and e, as shown in Fig.
The relaxation of the inductive coupling between the excitation windings can also be obtained otherwise; for example, one can also produce the antagonistic field in a completely separate magnetic circuit. For this purpose, an iron part is used, arranged next to these windings in the axial direction, and provided only with anti-compound ampere-turns; then the adjustment of the different welding currents is effected by rotating this iron part through a certain angle in the carcass, with each position corresponding a different degree of compounding and therefore another static characteristic.
By using two separate iron parts, it is also possible to do away with the auxiliary brushes and replace the compound winding which was excited from said brushes and wound on the first iron part next to the shunt winding by a compound winding strengthening the field directly excited by the main current, while the other iron part, carrying the main current winding weakening the field, is mounted so that it can be rotated through a certain angle in the casing to adjust the short-circuit current at different values.
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Another way to release the inductive coupling between the excitation windings would be as follows:
For the development and guidance of the antagonist field, it is possible, as can be seen from FIG. 4, also use the winding of the auxiliary poles and the cores of the said poles. For this purpose, it suffices to provide the. normal pole piece S of these poles of an additional pole piece S ', which is mounted as close as possible to the frame. Furthermore, the reference letters have the same meaning as those in Fig. 1. This arrangement has the advantage of the fact that the opposing field closes directly through the iron of the reinforcement, so that the excitation of the field does not create any prior magnetization in the core of the auxiliary poles.
In this case also, it is necessary to provide on the main pole only the shunt winding and the compound winding.
The stator is thus lightened and its weight corresponds to that of a corresponding normal machine.