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Génératrice de courant continu à caractéristique descendante en particulier pour la soudure à l'arc.
Pour la soudure à l'arc, il convient d'employer une génératrice de courant continu à caractéristique descendante de "tension aux bornes-courant ".une caractéristique descendante peut être obtenue par le fait que par exemple le champ d'excitation de la génératrice est composé de deux champs, savoir : un champ principal approximativement constant ou également croissant avec le courant de charge, et un contre-champ croissant avec-le courant de charge. Une autre condition essentielle pour un arc s'allumant facilement et stable est une inertie magnétique minime de la génératrice.
La tension aux bornes d'une génératrice à minime inertie suit les variations rapides de la. tension de l'arcet les processus de compensation s'effectuent rapidement sans que le courant ait une tendance à s'arrêter ou s'élève passagèrement à une hauteur non désirée.
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Il est connu d'abaisser l'inertie d'une génératrice à courant continu à caractéristique descendante par le fait que le contre-champ n"est pas conduit également à travers le pôle principal mais dans un pôle auxiliaire spécial portant l'enroulement d'excitation.
La présente invention se rapporte à une génératrice de courantcontinu à caractéristique descendante, en particulier pour la soudure à l'arc, dans laquelle la chute de tension induite dans L'induit, approximativement proportionnelle au courant de charge, est produite par le flux magnétique de pôles auxiliaires excités par le courant de charge. Suivant la présente invention on emploie comme pôles auxiliaires les pôles de commutation .
Le dessin représente schématiquement un exemple de réalisation de l'objet de l' invention. Pour plus de simplicité, on a supposé le cas d'une génératrice bi-polaire de courant continu à enroulement en boucle. 1 est l'induit, 2 le collecteur, 3 la culasse; 4 et 5 sont les pûtes principaux, 6 et 7 sont les pôles de commutation. Comme ceux-ci sont parcourus, outre le flux magnétique nécessaire pour la commutation, également par le flux magnétique du contre-champ, ils sont au moins approximati- vement aussi larges que les pôles principaux 4,5. Les enroulements de champ 8 et 9 des pôles principaux sont montés en série et sont excités par le courant des balais auxiliaires 10 et II.
Le courant de charge est pris aux balais principaux 12 et 13, et est envoyé au point de soudure 14 par l'intermédiaire des enroulements des pôles de commutation 6 et 7. La commande du rotor se fait dans le sens de la flèche du dessin. Les balais principaux 12, 13 sont décalables en vue du réglage du courant, les balais auxiliaires 10, II sont au contradre fixes dans cet exemple de réalisation. La position représentée des balais auxiliaires 10, Il doit correspondre à ce-le pour laquelle la tension de ceux-ci est pratiquement indépendante du courant de charge.
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En marche à vide, seuls les pôles principaux 4,5 sont excités, leur champ induit entre les balais principaux 12, 13 la tension désirée de marche à vide. En cas de charge, les pôles de commutation 6,7 sont excités également. La position représentée au dessin des balais principaux 12, 13 soit être celle qui donne le plus petit courant de charge. Pour cette position des balais, presque tout le flux magnétique des pôles de commutation 6, 7 intervient comme contre-champ ( flux négatif) dans la partie d'enroulement située entre les balais principaux 12,13 et induit dans celle-ci une chute de tension.
Une petite partie du flux magnétique du pôle de commutation 6 apparaît comme flux positif dans la. partie d'enroulement située entre les balais auxilia,ires 10, 11 et induit dans celle-ci une élévation de tension qui compense l'abaissement de tension par suite de la chute de tension ohmique et de la. réaction d'induit.
Le courant de charge s'établit alors de telle façon que le contre-champ abaisse la tension aux bornes à la valeur de la tension d'arc. Si on fait tourner les balais principaux 12,13 de la position extrême représentée en sens inverse de la flèche,il s'établit. un plus grand courant de charge vu que seulement une p rtie du flux magnétique des pôles de commutation 6,7 intervient encore comme contre- champ dans la partie d'enroulement comprise entre les balais principaux.
Le courant de charge peut par conséquent être réglé de façon continue d'une manière simple par décalage des balais principaux 12, 13.
Pour augmenter l'efficacité des pôles de commutation élargis, on donnera avantageusement à la partie de la pièce polaire de commitation, dont le champ ne pa,rticipe pas à la commutation et sert uniquement au passage du contre-champ, un entrefer plus minime qu'à la partie restante.
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Par décalage des balais auxiliaires on peut également régler commodément le courant de charge. Si on laisse par exemple l'un des balais auxiliaires .11 dans la position représentée et si l'on décale le balai 10 en sens inverse de la flèche jusque dans une nouvelle position il se produit alors un flux
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mn."n. 1.ir1UG pnaz t , proportiol1n' 1 nu oournnt t ic3 3CJuclurr rh 111 lfi partie d'enroulement située entre les balais auxiliaires, flux qui est plus grand que ce ne serait nécessaire pour la compensation de la réaction d'induit et de la chute de tension ohmique de cette partie d'enroulement, c'est-à-dire que la tension entre les balais auxiliaires 10, II augmente avec la charge de courant.
Gomme avec la tension croissante des balais auxiliaires, le champ principal augmente, il s'établira pour une tension d'arc donnée également un courant de charge d'autant plus grand et un contre-champ d'autant plus grand que le balai auxiliaire 10 est tourné plus fortement en sens inverse de la flèche.
Il va de soi que le réglage par décalage des balais principaux 12, 13 peut être réuni au réglage par décalage des ba-
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laisauxiliaires 10,. Il pour former un réglageeffifcace, par le fait qu'on fait coincider par exemple le balai auxiliaire 10 avec le balau principal 12 ou quron les accouple mécaniquement et qu'on règle par décalage des balais principaux. Le réglage du courant de charge par déplacement de la résistance de champ 15 peut également être employé seul ou en combinaison avec le dispositif de réglage mentionné.
Un a décrit ci-dessus une génératrice de courant continu à auto-excitation dans laquelle le courant d'excitation qui cire.;.le uans l'enroulement des pôles principaux est pris à deux balais auxiliaires 10, II voir fig. 1. Dans la disposition repré-
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sentée, on a supposé à titre dteem?le que les pôles principaux et les pôles de commutation ont la même largeur et que la distance ces balais auxiliaires vaut approximativement une division
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des pôles. A la, fig. 2, où les chiffres de référence ont la même signification qu'à la fig. 1, on a représenté les balais
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auxiliaires .1.l!, 11 dans ltt positiou dans léiquulle llu tlúllWl\'Ut1i une partie de l'enroulement d'induit traversée par le flux magnétique d'un pôle principal.
Cette position des balais auxiliaires est défavorable pour le fonctionnement à auto-excitation comme génératrice de soudure, vu que la génératrice se désexcite partiellement à l'état de court-circuit, ce que l'on peut voir facilement à la f ig. 3. La courbe 16 représente la tension entre les balsis auxilia,ires sous la dépendance du courant d'excitation Je des pôles principaux pour la génératrice marcnant à vide. Pour la génératrice en court-circuit, c'est la courbe 17, plus plate à cause de la réaction d'induit, qui est valable. Par 18 on a représenté la droite de résistance de l'enroulement de pôle principal ( chute de tension ohmique dans l'enroulement de pôle principal ). Ubo est visiblement le point stationnaire de fonctionnement en marche à vide et U. bk le point à l'état de court-circuit.
La transition d'un état dans l'autre dure relativement longtemps, c'est-à-dire que la génératrice n'a pa,s le degré d'absence d'inertie nécessaire pour un fonctionnement satisfaisant de soudure. Cet inconvénient disparaît lorsque , comme on l'a mentionné plus haut, les balais auxiliaires 10, 11 sont amenés dans une position telle à la périphérie de l'induit que la tension aux deux balais auxiliaires reste pratiquement constante, de la marche à vide au court-circuit.
Un obtient par exemple une semblable position par le fait qu'on amène les balais auxiliaires 10, .CI en conservant leur distance réciproque, en sens inverse de celui ae la rotation de l'indui-
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dans la position iot ou lIt. La tension entre les balais auxiliai- res reste pratiquement constante lorsque le flux partiel produit par les pôles de commutation 6 et 7 , se produisant entre les balais auxiliaires dans-l'enroulement d'induit, et proportionnel au courant de charge, est égal à la diminution, également à peu près proportionnelle à la charge, du flux partiel produit par
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les pâles principaux 4 et 5 , se présentant entre les balais auxiliaires.
La mesure décrite pour la production d'une tension de balais auxiliaires indépendante du courant de charge a toutefois des inconvénients essentiels : En premier lieu les balais auxiliaires sont écartés des intervalles de pôle et ont par conséquent une tendance à donner des étincelles et en second lieu la tension auxiliaire disponible est relativement petite vu qu'une partie seulement du flux de pôle principal passant dans l'induit est utilisée pour la production de la tension auxiliaire.
Suivant la présente invention, ces inconvénients sont supprimés par le fait que l'enroulement des pôles principaux consiste en deux enroulements partiels qui sont raccordes chacun à une paire de balais, une paire de balais délimitant une partie d'enroulement de l'induit qui est traversée princi- palement par des lignes de force des pôles principaux, tanais que l'autre paire de balais délimite une partie d'enroulement de l'induit qui est traversée principalement par les lignes de force ces pôles de commutation.
Le fonctionnement de l'invention se comprend à l'aide de l'exemple de réalisation représenté schématiquement à la fig.4.
Les enroulements 8 et 9 , montés en série, des pôles principaux forment un enroulement partiel et les enroulements 8a et 9a forment l'autre enroulement partiel des pôles principaux 4 et 5. Le premier est raccordé par l'intermédiaire de la résistance de réglage 15 aux balais auxiliaires 10 et II qui délimitent une partie d'enroulement de l'induit traversée pratiquement seulement par le flux principal des pôles principaux 4 et 5. Le second est raccordé par l'intermédiaire de la résistance de réglage 15a aux balais auxiliaires 10a et 11a qui délimitent une partie d'enroulement traversée pratiquement seulement par le flux des pôles de commutation élargis 6 et 7.
Les parties d'enroulement d'induit 10, II ou 10a, 11a délimitées par les balais auxiliaires se suivent immédiatement à la périphérie de l'inuuit de sorte que les balais 11 et 10a coïncident et peuvent être
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remplacés par un seul balai. Les nombres de spires des enroulements partiels des pôles principaux et les résistances de réglage peuvent être choisies de telle façon que pour une position déterminée des balais principaux 12,13 , les ampèrestours d'excitation des pôles principaux restent pratiquement constants de la marche à vide jusqu'au court-circuit, de sorte que la génératrice fonctionne comme si elle était à excitation étrangère, c'est-à-dire pratiquement sans inertie.
Les enroulements des pôles principaux et les résistances peuvent toutefois aussi être dimensionnés de telle façon que les ampères tours totaux augmentent avec l'augmentation du courant ae charge, ce qui peut être aésiré dans certains cas. :Eu constance pratique ou bien un certain compoundage des ampères-tours totaux
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do u3io tl' 111C 1})ll.. pauL abi-ti CJ L (,U :tll ftlcl10tlluLJL Ü(ltHJ cuLLo tllti- position malgré que les balais auxiliaires peuvent être placés dans les intervalles des pôles ou tout au moins dans une zône de minime induction d'air.
Un peut obtenir également en pratique l'indépendance de l'auto-excitation par rapport à la position des balais principaux en veillant à ce que le changement de la réaction d'induit, provoqué par le décalage des balais principaux, soit compensé par un changement correspondant de la distance des balais dans la paire 10a, lia. Un moyen simple 9. cet effet consiste en ce que la paire de balais qui délimite une partie d'enroulement parcourue principalement par le flux magnétique des pôles dé commutation élargis, est formée par un balai auxiliaire et un balai principal immédiatement voisin du balai auxiliaire dans le sens-de rotation. Dans l'exemple de réalisation suivant la fig. 4, on devrait simplement écarter le balai auxiliaire 11a et employer à la place le balai principal 15.
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Direct current generator with descending characteristic, in particular for arc welding.
For arc welding, a direct current generator with a falling characteristic of "terminal voltage-current" should be used. A falling characteristic can be obtained by the fact that for example the excitation field of the generator is composed of two fields, namely: a main field approximately constant or also increasing with the load current, and a counter-field increasing with the load current. Another essential condition for an easily and stable igniting arc is minimal magnetic inertia of the generator.
The voltage at the terminals of a generator with minimal inertia follows the rapid variations of the. arc voltage and compensation processes take place quickly without the current tending to stop or temporarily rising to an unwanted height.
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It is known to lower the inertia of a dc generator with descending characteristic by the fact that the counter-field is not also conducted through the main pole but in a special auxiliary pole carrying the winding of. excitation.
The present invention relates to a DC generator with falling characteristic, in particular for arc welding, in which the voltage drop induced in the armature, approximately proportional to the load current, is produced by the magnetic flux of auxiliary poles excited by the load current. According to the present invention, the switching poles are used as auxiliary poles.
The drawing schematically represents an embodiment of the object of the invention. For simplicity, we have assumed the case of a two-pole DC generator with loop winding. 1 is the armature, 2 the manifold, 3 the cylinder head; 4 and 5 are the main poles, 6 and 7 are the switching poles. As these are traversed, in addition to the magnetic flux required for switching, also by the magnetic flux of the counter-field, they are at least approximately as wide as the main poles 4,5. The field windings 8 and 9 of the main poles are connected in series and are excited by the current of the auxiliary brushes 10 and II.
The load current is taken from the main brushes 12 and 13, and is sent to the solder point 14 through the windings of the switching poles 6 and 7. The rotor is controlled in the direction of the arrow in the drawing. The main brushes 12, 13 are shiftable with a view to adjusting the current, the auxiliary brushes 10, II are, on the contrary, fixed in this exemplary embodiment. The position shown of the auxiliary brushes 10, It must correspond to this for which the voltage thereof is practically independent of the load current.
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In idle operation, only the main poles 4,5 are excited, their field induced between the main brushes 12, 13 the desired idling voltage. In the event of a load, the switching poles 6,7 are also energized. The position shown in the drawing of the main brushes 12, 13 is to be that which gives the smallest charge current. For this position of the brushes, almost all the magnetic flux from the switching poles 6, 7 acts as a counter-field (negative flux) in the winding part located between the main brushes 12, 13 and induces therein a drop of voltage.
A small part of the magnetic flux from the switching pole 6 appears as positive flux in the. winding part located between the auxilia brushes, ires 10, 11 and induces therein a voltage rise which compensates for the voltage drop as a result of the ohmic voltage drop and the. armature reaction.
The charging current is then established in such a way that the counter-field lowers the voltage at the terminals to the value of the arc voltage. If the main brushes 12, 13 are rotated from the extreme position shown in the opposite direction to the arrow, it is established. greater charging current since only a part of the magnetic flux of the switching poles 6,7 still acts as a counter field in the winding part between the main brushes.
The charging current can therefore be continuously adjusted in a simple manner by shifting the main brushes 12, 13.
To increase the efficiency of the enlarged switching poles, the part of the switching pole piece, the field of which does not participate in switching and serves only to pass the counter-field, will advantageously be given a smaller air gap than 'to the remaining part.
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By shifting the auxiliary brushes the charging current can also be conveniently adjusted. If, for example, one of the auxiliary brushes .11 is left in the position shown and if the brush 10 is shifted in the opposite direction of the arrow to a new position, then a flow occurs.
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mn. "n. 1.ir1UG pnaz t, proportiol1n '1 nu oournnt t ic3 3CJuclurr rh 111 lfi winding part located between the auxiliary brushes, flux which is greater than would be necessary for the compensation of the reaction of induced and the ohmic voltage drop of this winding part, i.e. the voltage between the auxiliary brushes 10, II increases with the current load.
As with the increasing voltage of the auxiliary brushes, the main field increases, it will be established for a given arc voltage also a charge current that is all the greater and a counter-field that is all the greater as the auxiliary brush 10 is turned more strongly against the arrow.
It goes without saying that the offset adjustment of the main brushes 12, 13 can be combined with the offset adjustment of the basins.
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auxiliary permits 10 ,. It to form an effective adjustment, by the fact that for example the auxiliary brush 10 is made to coincide with the main brush 12 or that they are coupled mechanically and that the main brushes are adjusted by offset. The adjustment of the charging current by moving the field resistance 15 can also be employed alone or in combination with the mentioned adjustment device.
A self-excited direct current generator has been described above in which the excitation current which waxes through the winding of the main poles is taken from two auxiliary brushes 10, II see fig. 1. In the provision shown
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It was assumed that the main poles and the switching poles have the same width and that the distance between these auxiliary brushes is approximately one division
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poles. At the, fig. 2, where the reference numbers have the same meaning as in fig. 1, the brushes are shown
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auxiliaries .1.l !, 11 in ltt positiou in llu tlúllWl \ 'Ut1i part of the armature winding through which the magnetic flux of a main pole passes.
This position of the auxiliary brushes is unfavorable for self-excited operation as a welding generator, since the generator partially de-energizes in the short-circuit state, which can easily be seen in fig. 3. Curve 16 represents the voltage between the auxilia balsis, ires under the dependence of the excitation current I of the main poles for the generator running empty. For the generator in short-circuit, it is curve 17, which is flatter because of the armature reaction, which is valid. By 18 is shown the resistance line of the main pole winding (ohmic voltage drop in the main pole winding). Ubo is visibly the stationary point of operation in idle mode and U. bk the point in the short-circuit state.
The transition from one state to the other lasts a relatively long time, that is to say the generator does not have the degree of absence of inertia necessary for satisfactory welding operation. This drawback disappears when, as mentioned above, the auxiliary brushes 10, 11 are brought into a position such at the periphery of the armature that the voltage at the two auxiliary brushes remains practically constant, from idling to short circuit.
One obtains for example a similar position by the fact that one brings the auxiliary brushes 10, .CI while preserving their reciprocal distance, in the opposite direction of that of the rotation of the armature.
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in the iot or lIt position. The voltage between the auxiliary brushes remains practically constant when the partial flux produced by the switching poles 6 and 7, occurring between the auxiliary brushes in the armature winding, and proportional to the load current, is equal to the decrease, also roughly proportional to the load, of the partial flux produced by
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the main blades 4 and 5, occurring between the auxiliary brushes.
The measurement described for the production of an auxiliary brush voltage independent of the load current, however, has essential drawbacks: Firstly the auxiliary brushes are spaced apart from the pole gaps and therefore have a tendency to sparks and secondly the available auxiliary voltage is relatively small since only part of the main pole flux passing through the armature is used for the production of the auxiliary voltage.
According to the present invention, these drawbacks are eliminated by the fact that the winding of the main poles consists of two partial windings which are each connected to a pair of brushes, a pair of brushes delimiting a winding part of the armature which is crossed mainly by lines of force of the main poles, but the other pair of brushes delimits a winding part of the armature which is mainly crossed by the lines of force of these switching poles.
The operation of the invention is understood with the aid of the exemplary embodiment shown schematically in FIG. 4.
The windings 8 and 9, connected in series, of the main poles form a partial winding and the windings 8a and 9a form the other partial winding of the main poles 4 and 5. The first is connected through the adjustment resistor 15 to the auxiliary brushes 10 and II which delimit a winding part of the armature traversed practically only by the main flow of the main poles 4 and 5. The second is connected via the adjustment resistor 15a to the auxiliary brushes 10a and 11a which delimit a part of the winding traversed practically only by the flow of the enlarged switching poles 6 and 7.
The armature winding parts 10, II or 10a, 11a delimited by the auxiliary brushes follow each other immediately at the periphery of the inuuit so that the brushes 11 and 10a coincide and can be
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replaced by a single broom. The number of turns of the partial windings of the main poles and the adjustment resistors can be chosen in such a way that for a given position of the main brushes 12,13, the excitation amps of the main poles remain practically constant from no-load operation until 'to the short circuit, so that the generator operates as if it were with extraneous excitation, that is to say practically without inertia.
The main pole windings and resistors, however, can also be sized such that the total ampere turns increase with increasing load current, which may be desirable in some cases. : Had practical consistency or a certain compounding of total ampere-turns
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do u3io tl '111C 1}) ll .. pauL abi-ti CJ L (, U: tll ftlcl10tlluLJL Ü (ltHJ cuLLo tllti- position although the auxiliary brushes can be placed in the intervals of the poles or at least in a zone minimal air induction.
One can also achieve in practice the independence of the self-excitation from the position of the main brushes by ensuring that the change in the armature reaction caused by the offset of the main brushes is compensated by a change corresponding to the distance of the brushes in the pair 10a, 11a. A simple means 9. this effect consists in that the pair of brushes which delimits a part of winding traversed mainly by the magnetic flux of the enlarged switching poles, is formed by an auxiliary brush and a main brush immediately adjacent to the auxiliary brush in the direction of rotation. In the exemplary embodiment according to FIG. 4, one should simply move aside the auxiliary broom 11a and use the main broom 15 instead.
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