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BREVET D'INVENTION " Procédé d'alimentation et transformateur pour circuit de soudure à l'aro".
Jusqu'à présent, pour alimenter les circuits de soudure à l'arc encourant, alternatif, on s'est servi généralement de transformateurs à forte dispersion donnant une caractéristique en charge tombante, la force électromotrice du secondaire étant sinusoïdale.
La. différence 'de potentiel à vide au secondaire était en général assez élevée et de l'ordre de 75 à 100 Volts, tandis que la différence de potentiel en charge tombait automatique- ment à 25-30 volts à cause des caractéristiques spéciales de oes transforma.teurs.
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Les transformateurs de soudure de ce genre présentaient un facteur de puissance de 0,25 à. 0,35 par suite de l'effet de self- induction provoquant la chute de tension en charge. Comme le rapport des tensions à vide et en charge était élevé (3 à 4) ainsi que la puissance apparente du transformateur, l'utilisa- tion de l'installation était très médiocre.
Pour réduire ces inconvénients, on a imaginé notamment d'appliquer aux bornes de l' ara, outre la tension à basse fré- quence habituelle, une tension à haute fréquence obtenue par exemple par la décharge d'un circuit oscillant. On connaît notamment des appareils qui comportent. un transformateurprin- cipal pouvant débiter le courant de soudure, et un transforma- teur auxiliaire. Ce dernier engendre un courant à haute fré- quenoe et à haute tension qui est appliqué un très grand nonbre de foi@s pendant la duréé d'une alternance de la tension princi- pale.
Ces appareils offrent plusieurs inconvénients: ils se dé- règlent facilement s'ils restent longtemps en service, l'iso- lement de leur circuit à haute fréquence est difficile à assurer et l'ouvrier est exposé à être sérieusement @ brûlé par la tension à haute fréquence.
La présente invention remédie dans une large mesure aux in- convénients des appareils ordinaires et à ceux des circuits à haute fréquenoe.
A cet effet-.,-selon l'invention, on applique entre l'électro- de et la pièce à souder une différence de potentiel qui dont la courbe à vide présente au début de chaque alternance, et une seule fois seulement une pointe de tension de faible durée. Cette pointe correspond à la tension nécessaire et suffisante pour produire l'amorçage de l'arc. Ensuite, pendant tout le reste de l'alternance, on applique une différence de potentiel nécessaire et suffisante pour assurer l'entretien de l'arc amorcé.
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Ces conditions sont réalisées avantageusement par l'emploi d' appareils générateurs outransformateurs, dits principaux, capables de développer à videune tension nécessaire et suffi- sante pour entretenir l'arc supposé amorcé et qui sont couplés de préférence en série) avec des appareils générateurs ou transformateurs, dits auxiliaires. Ceux-ci doivent pouvoir dé- velopper à vide, une seule fois au début de chaque alternance de la tension principale, une tension nécessaire et suffisante pour amorcer l'arc. Il faut done prévoir un déphasage convena- ble des forces électromotrices.
Lorsqu'il S'agit d'alimenter un circuit de soudure à l'arc à partir d'une source de courant triphasé, on prévoit par exem- ple, selonl'invention, que le primaire du transformateur auxi- liaire soit alimenté par la phase décalée à 120 électriques en @@@ avance par rapport à la phase qui alimente le primaire du transformateur principal, et que les secondaires des deux transformateurs soient connectés en série de façon que leurs
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forces éleotrcmotrioes s' ajoutent.
Les deux transformateurs envisagés doivent présenter des chutes de tension En charge compatibles avec un fonctionnement stable de l'arc: il faut que la différence de potentiel aux bornes de celui-ci tombe aux environs de 25volts, ce qui peut être réalisé sans difficulté par tout homme de métier.
On peut notamment réaliser un appareil selon l'invention au moyen de deux transformateurs monophasés dent les primaires sont raccordés en V aux bornes du réseau d'alimentation supposé tri- phasé. Mais il est préférable d'utiliser comme transformateur principal un transformateur triphasé-monophasé dont le primaire soit raccordé en V aux bornes du réseau et comme transforma- leur auxiliaire un transformateur monophasé dent le primaire soit raccordé aux bornes qui'se trouvent aux extrémités du V.
Ce dernier mode de couplage offre l'avantage d'améliorer l'equilibrage des phases du réseau. En effet, le primaire du
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transformateur auxiliaire forme la.'troisième phase qui n'existe qu'à l'état virtuel dans le oas ordinaire du branchement en V.Les frets courants de ligne peuvent ainsi être dans le rapport 0,8-1- 0,8,alors que pour les transformateurs triphasés-monophasés ordi- naires, on n'attent que 0,5-1-0,5'
Les dessins annexés au présent mémoire représentent schémati- quement,et à titre d'exemple seulement,deux formes de réalisation de l'invention.
La figure 1 montre le schéma d'un appareil convenant pour réa- liser le procédé selon l'invention et qui cohorte deux transforma- teurs monophasés dont les primaires sont raccordés en V aux bornes d'un réseau d'alimentation triphas é.
Les figures.2,3 et 4 représentent.sous forme de courbes,la ten- sion engendrée à vide pendant une alternance de la source d'alimen- tation,respactivement aux bornes du secondaire du transformateur principal,aux bornes du secondaire du transformateur auxiliaire et entre l'électrode et la pièce à souder.
La figure 5 montre sschématiquement uns forme de réalisation du transformateur auxiliaire selon l'invention.
La figure 6 donne le schéma d'un appareil selon l'invention @ àt qui comporte un transfo nmateur principal monophasé dont le primaire est raccordé en V aux bornes d'un réseau triphasé,aveo un transfo moteur auxiliaire monophasé dont le primaire est raccor- dé aux bornes qui se trouvent aux extrémités du V.
Dans oes diverses figures,les mêmes notations désignent des éléments identiques.
Soient (figure 1) 1,2,3, les trois fils de distribution d'un réseau triphasé dont le sens de rotation des phases est 1-2, 2-3, 3-1. Le primaire 4a d'un transformateur monophasé 4, dénommé ci-après transformateur auxiliaire,est branohé sur la phase 1-2 qui est donc à 120 électriques en avance sur la phase 2-3. La puissance de de transformateur auxiliaire est relative- ment faiole, par exemple de l'ordre de 30 à 40% de la puissance du transformateur principal dont il va être question, ces ohif-
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fres étant donnés à titre purement indicatif.
Le primaire 5a d'un transformateur monophasé 5, dénommé co-après transformateur principal, est branché sur la phse 2-3 qui est donc à 120 électriques en retard sur la phase 1-2.Les primaires des deux transformateurs soit donc raccordés en V.Le transformateur principal 5 est un transformateur ordinaire pour la soudure à l'arc mais il est construit defaçon à ne dévelop- per à vide que la tension nécessaire et suffisante à l'entre- tien de l'arc. A vide, la tension résultante des deux transfor- mateurs est par exemple de 45 à 55 volts. La tension d'amorçage peut valoir par exemple de 2 à 2,5 fois la force éleotromotri- ce lue au voltmètres
Ce transformateur 5 est, comme tous les transformateurs ordinaires de soudure, un transformateur à caractéristique en charge tombante.
La différence de potentiel que les deux trans- formateurs maintiennent en charge aux bornes de l'aro est d'en- viron 25 volts.
La courbe représentant la différence de potentiel engendrée à vide dans le secondaire estpar exemple du genre de celle re- présentée en 10 à la figure 2. Cette courbe doit se rapprocher
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autant que possible d' unt::. s1nusode':.
Le transformateur auxiliaire 4 est un transformateur or- dinaire à deux noyaux et à deux culasses (figure 5), dont le noyau 12 du secondaire est construit de façon à. être rapidement saturé sous l'influence du flux émis par le primaire. A cet effet, ce noyau est par exemple réalisé en un métal magnétique à haute perméabilité tel que le permalloy. On réalise de cette façon la transformation de l'onde primaire sinusoïdale en une onde secondaire de forme pointue.
On peut également réaliser le transformateur auxiliaire de toute autre manière oonnue permettant d'obtenirla saturation d'un desroyaux.
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La. courbe représentant la différence de potentiel engen- drée à vide dans le secondaire du transformateur auxiliaire est par exemple du genre de la courbe 22 de la figure 3.
L'enroulement secondaire 5b du transformateur principal est connecté en série avec l'enroulement secondaire 4b du trans- formateur auxiliaire dans le circuit de soudure comprenant l'é- lectrode 8 et la pièce à souder 9 (figure 1).Cette connexion est faite de façon que les forces éleotromotrioes engendrées s'ajoutent. L'enroulement secondaire 4b doit évidemment être réalisé de façon à pouvoir être traversé sans inconvénient par le courant de soudure. Ce dernier peut être réglé par un orga- ne de réglage quelconque, par exemple par une bobine de self- induction 23 munie de prises 24 au contact desquelles on peut amener la fiche 25.
Grâce au fait que le transformateur auxiliaire est alimen- té par la phase à 120 électrique en avance sur la phase qui alimente le transformateur principal, on obtient une courbe de tension à vide du genre de celle représentée par la courbe 14 de la figure 4, qui montre que la pointe de tension se produit au début de l'alternance. Cette courbe est un agrandissement d'un enregistrement par oscillographe. Il est à remaruqer que du fait du déphasage et de la différence des facteurs de forme des courbes des figures 2 et 3, les tensions sedondaires des deux transformateurs ne s'ajoutent pas arithmétiqueemnt et que celles-ci doivent se trouver dans un certain rapport afin de donner comme onde résultante une courbe telle que 14.
En pratique, on a vantage à employer comme transformateur principal, un transformateur triphasé-monophasé dont l'enroule- ment primaire est raccordé en V aux bornes du réseau et comme transformateur auxiliaire un transformateur monphasé dont le primaire est raccordé aux extrémités du V.
Un appareil de ce genre est représenté à la figure 6. Les phases 1-2 et 2-3 alimentant le primaire en V 5'a du transfor-
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mateur principal 5' . La phase 3-1 alimente le primaire 4a du transformateur auxiliaire 4. Les deux primaires sent donc rao- cordés en triangle au réseau.
Les secondaires 5'b et 4b restent connectés en série dans le circuit de soudure et de telle sorte que leurs forces électromotrices s'ajoutent. On réalise de cet- te façon une meilleure répartition des changes surles trois phases du réseau par rapport aux transformateurs d'alimentation triphasé-monophaséordinaires pour lesquels les courants dans les trois phases sont dans le rapport 0,5-1-0,5
Outre la facilité d'amorcer l'arc et de le maintenir stable, même à basse tension, l'appareil réalisé selon l'inven- tion dame lieu à une grande économie sur la puissance instal- lée, par rapport aux transformateurs de soudure ordinaires, et il améliore considérablement le facteur de puissance de l'ins- tallation.
Il n'est d' ailleurs pas indispensable d'employer le mode de couplage qui vient d'être décrit. Par exemple, les secondai- res du transformateur principal et du transformateur auxiliaire pourraient être connectés en parallèle au lieu de l'être en sé- rie, sous réserve de réduire ou de supprimer les courants d'é- change entre les deux transformateurs.
Le oouplage des secondaires pourrait aussi se faire par un des moyens connus et en usage dans la technique des courants alternatifs, par exemple induotivement.
Enfin, remarquions également que le procédé d'alimentation suivant l'invention pourrait être appliqué en^partant d'un au- tre courant alternatif que du courant triphasé à condition que le déphasage entre les courante d'alimentation du transformateur auxiliaire et celui du transformateur principal soit tel que la pointe de tension engendrée dans le secondaire du transformateur auxiliaire se produise audébut de l'alternance engendrée dans le secondaire du transformateur principal.