<Desc/Clms Page number 1>
Appareil destiné à produire des impulsions d'énergie extrêmement intenses et de courte durée. La présente invention a pour objet un appareil permet- tant de produire des impulsions d'énergie extrêmement intenses et de courte durée, destinées notamment à la soudure.
Elle consiste essentiellement, en utilisant des génératrices à fréquence moyenne ou à haute fréquence et en prévoyant une excitation très supérieure à l'excitation normale de la génératrice, à transformer par induction magnétique, pendant un court instant, l'énergie mécanique emmagasinée dans les masses tournantes, en impulsions d'énergie extrêmement intenses, la vitesse de rotation des masses tournantes et l'excitation étant réglables. Une autre particularité de l'invention consiste en ce que le courant d'excitation réglable de la génératri-
<Desc/Clms Page number 2>
ce est limité dans le temps par des interrupteurs temporisés ou par des dispositifs analogues.
On sait que, lorsque la charge subit des à-coups importants, comme il s'en produit par exemple dans les laminoirs au cours du soudage, etc.., une partie de l'impulsion d'énergie nécessaire est empruntée à des masses tournantes par l'intermédiaire d'une génératrice. On sait d'autre part que, pour la soudure des métaux légers, comme par exemple l'aluminium ou les métaux analogues, il faut que l'opération de soudage soit exécutée en un temps extrêmement court pour éviter que la structure de la matière ne soit modifiée d'une façon nuisible. Mais dans les dispositifs de ce genre, on était obligé jusqu'à présent d'accepter diverses imperfections, par exemple, dans la soudure de l'aluminium, de se contenter d'une faible liaison superficielle.
On était obligé, notamment, dans le cas où il fallait résoudre des problèmes différents, quoique voisins, de créer des dispositifs spécialement adaptés à chaque problème et plus ou moins encombrants et maniables.
Ces inconvénients sont évités par la présente invention qui concerne un procédé et un appareil simple et maniable permettant de produire d'une manière tout à fait générale, des impulsions d'énergie réglables et de durée plus ou moins faible en vue des applications les plus diverses, comme par exemple la soudure électrique par résistance des métaux legers, du cuivre etc.., l'obtention de températures extrêmement élevées pour des opérations chimiques etc..
Les difficultés résidaient principalement dans le fait que, avec des génératrices normales, l'impulsion d'énergie qu'on pouvait obtenir était limitée par la section de fer disponible et par la saturation du fer dans le champ magnétique.
Selon la présente invention, on utilise la fréquence
<Desc/Clms Page number 3>
des alternances de la polarité ou du champ pour augmenter la quantité d'énergie susceptible d'être transmise dans l'unité de temps. Si, par exemple, on peut obtenir avec une génératrice à courant alternatif un flux total déterminé passant du rotor au stator et inversement, à chaque changement de pôle une impulsion d'énergie électrique est induite, qui correspond à la valeur du flux total. En augmentant la vitesse de rotation du rotor ou en augmentant le nombre de pôles, la fréquence des changements de polarité et, par conséquent, la fréquence du courant alternatif induit sont augmentées, de sorte que la quantité d'énergie susceptible d'être transmise dans l'unité de temps est également augmentée.
L'invention utilise ces moyens connus pour augmenter d'abord la quantité d'énergie. Mais comme les machines à haute fréquence habituellement utilisées jusqu'à présent, comme celles dont on se sert par exemple en télégraphie sans fil, ne donnent pas des impulsions d'énergie particulièrement importantes si l'on court-circuite la génératrice et quand la charge est adaptée à la génératrice, on prévoit pour le champ d'excitation d'une génératrice d'impulsions d'énergie selon la présente invention un nombre d'ampère-tours d'excitation extrêmement élevé, pour combattre la réaction d'induit de la génératrice.
Des dispositifs d'excitation de ce genre peuvent être facilement exécutés, même quand le nombre des pôles est particulièrement élevé. On évite les différents effets des fuites d'excitation par des dispositions de construction.
Dans l'esprit de l'invention, on entend par fréquences moyennes et hautes fréquences, les fréquences supérieures à 50 périodes par seconde et allant jusqu'à 100. 000 périodes par seconde, les fréquences comprises entre 300 et 10.000 périodes par seconde étant utilisées de préférence selon l'invention.
Les moyens qui viennent d'être décrits, qui sont
<Desc/Clms Page number 4>
connus en soi dans les divers domaines de l'électrotechnique, sont combinés les uns avec les autres et avec un dispositif connu permettant l'accumulation d'énergie mécanique, par exemple un volant, la transformation de l'énergie mécanique en énergie électrique étant obtenue par induction magnétique, en combinaison avec les moyens précités. On peut, le cas échéant., loger les masses tournantes dans le moteur de la génératrice ou dans le moteur de commande ou encore dans ces deux moteurs en même temps.
L'invention tient particulièrement compte, d'autre part, des grandes pertes par réactance dans la transmission et dans l'utilisation d'impulsions d'énergie électrique à haute fréquence de ce genre. Cette réactance provoque une forte chute de la tension lorsque la fréquence augmente. C'est pourquoi, selon l'invention, on utilise des génératrices à haute fréquence à tension aussi élevée que possible et d'intensité d'autant plus réduite. D'autre part, en posant les conducteurs d'aller et de retour directement l'un à côté de l'autre, en subdivisant les différents conducteurs en plusieurs branches et en évitant de poser les conducteurs à proximité de pièces en fer, on diminue les pertes par réactance.
Si, au point d'utilisation, par exemple pour les soudures par résistance, il faut une intensité particulibrement élevée et une faible tension, on abaisse la tension par transformation, mais on évite les conducteurs et on branche les électrodes ou les autres pièces de raccordement directement aux bornes de l'enroulement secondaire ou on dispose les résistances d'utilisation autour du fer du circuit magnétique, où elles constituent une partie du secondaire ou remplacent ce secondaire.
Cette combinaison de moyens connus en partie et dans d'autres applications permet, par l'utilisation de poids de fer et de cuivre très réduits dans le transformateur, de faire agir
<Desc/Clms Page number 5>
des impulsions de puissance relativement importantes, de sorte que l'appareil correspondant peut être tenu et manoeuvré à la main; c'est ainsi qu'on peut, d'après le procédé par points doubles, exécuter par exemple, des soudures par points de métaux bons conducteurs comme l'aluminium, le cuivre etc.., à l'aide d'un appareil à main, même pour des épaisseurs de métal assez grandes.
Le procédé décrit qui permet de produire des impulsions d'énergie peut être appliqué non seulement dans les domaines déjà cités, mais aussi pour obtenir des températures particulièrement élevées pour les opérations chimiques, métallurgiques etc., parce qu'on peut produire des températures que les procédés connus jusqu'à présent ne permettaient pas d'atteindre.
Le courant d'excitation de l'inducteur est limité dans le temps par des interrupteurs temporisés, des disjoncteurs automatiques ou des appareils analogues, de sorte qu'une quantité d'énergie déterminée est transformée en un temps très court et que des déperditions de chaleur éventuelles.par conduction ou par rayonnement sont réduites à un minimum par unité de temps.
Le procédé comporte, d'autre part, un réglage précis de l'intensité des impulsions d'énergie, de sorte qu'on dispose pour chaque travail à exécuter d'impulsions d'énergie exactement réglées. En plus de moyens connus de ce genre, tels que des disjoncteurs automatiques à temps ou des relais à maximum de courant dans le circuit de travail, l'invention prévoit un réglage de la génératrice tel que la fréquence et la tension secondaire puissent être modifiées; la masse tournante, c'est-à- dire le moment d'inertie polaire du dispositif rotatif, et l'excitation de la génératrice à courant alternatif sont également modifiées par variation de l'intensité et par une limitation de la durée de fermeture du courant d'excitation. On
<Desc/Clms Page number 6>
peut utiliser ces moyens séparément ou en combinaison.
Malgré l'utilisation de la haute fréquence et d'une saturation du fer relativement forte, l'échauffement des pièces de la machine se maintient dans des limites acceptables, parce qu'il suffit de compter avec des charges de durée extrêmement faible; c'est pourquoi il est également avantageux de ne pas fermer autant que possible l'excitation de la génératrice pendant un temps relativement long et d'effectuer le réglage déjà sur le côté de l'excitation.
La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple, fera bien comprendre de quelle manière l'invention peut être réalisée.
La Fig. 1 représente schématiquement l'appareil conforme à la présente invention.
Les Figs. 2 et 3 sont des représentations schématiques des transformateurs qui constituent une partie du dispositif selon la présente invention et qui sont particulièrement propres à constituer un petit appareil maniable pour la soudure par points doubles. a désigne le moteur de commande alimenté par une source de courant et relié à la roue polaire d de la génératrice et à un volant additionnel f par l'intermédiaire de l'arbre b supporté par les paliers e. On peut prévoir un accouplement c. La roue polaire d peut être formée par exemple par un rotor à denture dont l'enroulement d'excitation peut être constitué par des enroulements polaires séparés ou par un bobinage en zig-zag ou en méandres. Le stator g comporte des encoches de même division que celles du rotor, qui contiennent un enroulement induit m correspondant.
Le courant d'excitation est amené au rotor d d'une source de courant k, par l'intermédiaire des bagues h, des balais i et de l'interrupteur 1. On peut, naturel-
<Desc/Clms Page number 7>
lement, choisir d'autres dispositions connues dans la construction des machines à haute fréquence, notamment les dispositions dans lesquelles les circuits d'excitation et induit sont fixes, tandis que des pièces de fer se déplacent entre les deux circuits pour provoquer la variation du champ. L'enroulement induit m a des dimensions très supérieures aux dimensions ordinaires et est réglable, de sorte que l'excitation peut être réglée d'après l'application envisagée pour les impulsions d'énergie.
Le courant alternatif à haute ou à moyenne fréquence qui est induit, est dirigé par des conducteurs n sur un transformateur comportant l'enroulement primaire o, le fer p et l'enroulement secondaire g. Si, par exemple, on utilise l'appareil à la soudure par points, le courant transformé est dirigé sur les électrodes r. Suivant l'application des impulsions d'énergie produites, on peut remplacer le transformateur décrit ci-dessus à titre d'exemple, par des transformateurs construits différemment. Le transformateur peut aussi être constitué par exemple de telle façon que, pour la transformation de l'énergie en chaleur, le circuit secondaire soit remplacé par la matière à chauffer qu'on dispose autour du fer.
Il est évident que la nature et la constitution du transformateur ne se limitent pas à ces exemples d'exécution décrits et qu'on peut utiliser pour des applications particulières des transformateurs spécialement construits et disposés pour compléter l'ensemble de l'installation.
C'est ainsi que, pour la soudure par points doubles, on peut utiliser un transformateur dont deux autres formes d'exécution sont représentées sur les figures 2 et 3, qui sont des formes d'exécution particulièrement appropriées à la production de tensions secondaires particulièrement faibles. Sur la Fig. 2, la section du fer p est subdivisée en trois parties
<Desc/Clms Page number 8>
1, 2, 3 qui comprennent un enroulement primaire commun o. Sur le côté secondaire, se trouvent les différentes spires g branchées en parallèle qui conduisent aux électrodes. Par cette disposition, la tension se réduit à un tiers de sa valeur.
D'après la Fig. 3, on a choisi une forme d'exécution dans laquelle la section du fer n'est pas divisée dans sa totalité. Les tôles comportent des trous ou des fentes s à travers lesquels on fait passer les spires secondaires. Dans ces exemples d'exécution et d'une façon générale d'après l'invention, les électrodes, etc. se raccordent immédiatement à l'enroulement secondaire ou constituent les secondaires ou une partie des secondaires si l'on modifie d'une façon correspondante la forme d'exécution mécanique.
Il va de soi que des modifications de détail peuvent être apportées au mode de réalisation ci-dessus décrits sans pour cela sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi par exemple que la masse tournante du volant peut être logée dans le rotor même de sorte que le volant f est supprimé.
REVENDICATIONS ---------------------------
1. Dispositif destiné à produire des impulsions d'énergie extrêmement intenses et de courte durée, notamment pour la soudure, caractérisé par le fait qu'en utilisant des génératrices de courant à fréquence moyenne ou à haute fréquence et en prévoyant une excitation de la génératrice très supérieure à l'excitation normale, on transforme par induction magnétique l'énergie magnétique emmagasinée dans les masses tournantes en des impulsions d'énergie extrêmement intenses, la vitesse de rotation des masses tournantes et l'excitation étant réglables.