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"PERFECTIONNEMENT AUX TRANSFORMATEURS POUR ALIMENTATION
D'ARC DE SOUDURE ELECTRIQUE"
La soudure électrique à l'arc est utilisée actuelle- ment pour l'assemblage des pièces les plus diverses.
Dans ces différentes applications, on a constaté qu'il était indispensable, pour obtenir des soudures irréprochables, d'adapter la qualité de l'électrode, son diamètre et le courant de soudure, aux dimensions et à la nature des pièces à assembler.
On a donc été amené à établir un nombre considérable de types d'électrodes exigeant, pour leur fusion, des courants de soudure variant dans des limites de plus en plus étendues.
Ces courants de soudure sont le plus souvent fournis par des transformateurs spéciaux qui doivent satisfaire aux con- ditions suivantes :
1) donner une tension à vide élevée, de l'ordre de 75 volts, afin de permettra l'allumage facile de l'arc de soudure,
2) fournir.à l'arc de soudure des courants réglables dans de grandes limites.
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La tension qui existe aux bornes de l'arc, pendant la soudure, étant faible, les courants de soudure sont peu différents des courants obtenus lorsque l'on court-circuite directement les bornes du secondaire du transformateur d'alimentation. En. conséquence, pour faciliter les explications, il ne sera pas fait état, dans la description qui va suivre, des courants de soudure, mais uniquement des courants de court-circuit du transformateur d'alimentation.
Les conditions qui doivent être remplies par ces trans- formateurs spéciaux se résument donc aux suivantes :
1) donner une tension à vide de l'ordre de 75 volts.
2) fournir des courants de court-circuit secondaire réglables dans de grandes limites.
Pour satisfaire à ces conditions, il est connu de réaliser de tels transformateurs comme indiqué schématiquement sur la figure 1 du dessin ci-annexé, dans laquelle :
1 est un circuit magnétique feuilleté; .
2 et 3 sont les enroulements primaires raccordés aux bornes d'alimentation 4 et 5 et comportant chacun h1 spires;
6 et 7 sont les enroulements secondaires raccordés aux bornes secondaires 8 et 9 et comportant chacun n2 spires;
10 est un shunt magnétique qui sépare les enroulements primaires des enroulements secondaires.
Ce shunt forme avec les noyaux du circuit magnétique deux entrefers 15 et 16 et peut être déplacé parallèlement à lui-même à l'aide d'un dispositif mécanique quelconque, La figure 2, qui est une vue de profil du transformateur représenté sur la figure l, montre en traits mixtes les positions extrêmes a et b qui peuvent être occupées par le shunt magnétique 10,
Le fonctionnement de ce transformateur connu est le suivant :
Lorsqu'on applique entre 4 et 5 une tension constante alternative E1, il circule au travers des enroulements primaires 2 et 3 un flué µ tel que :
EMI2.1
E1 - ni ca 4 10 - 8 (1 ) La ligne moyenne de ce flux est 11, 12. 13. 14 ;
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le flux traverse donc les enroulements secondaires 6 et 7, la reluctance du circuit entièrement métallique 12, 13. 14 étant beaucoup plus faible que celle du circuit en parallèle 12, 15, 14 qui comporte deux entrefers 16 et 17; par suite la tension induite dans les enroulements secondaires 6 et 7 est à peu de chose près E2 = n2 @ 10-8, soit encore d'après (1) E2 = n2/n1 E1.
Lorsqu'on met le secondaire en court-circuit en réunissant les bornes 8 et 9, il circule dans les enroulements secondaires 6 et 7 un courant de court-circuit qui s'oppose au passage du flux , celui-ci est donc forcé de passer par le circuit de fuites en parallèle 12. 15.14.
Le courant secondaire nécessaire pour détourner ainsi le flux est donné par la relation bien connue
EMI3.1
4 fi enz 12 10 1 + n2 1 10-1) = R étant donné que les forcés magnétomotrices produites par chacun des enroulements secondaires parcourus chacun par le courant I2 s'ajoutent dans le circuit 12. 13. 14.
Le courant total secondaire qui circulera entre les bornes 8 et 9 court-circuitées sera donc égal à
EMI3.2
10 z - - 2 12::: 4n n2 .
Or, la reluctance R est variable avec la position du shunt 10. Sa valeur est minimum lorsque ce shunt occupe la position a et maximum lorsqu'il occupe la position b. Si Ra et Rb désignent les valeurs extrêmes de la reluctance R, on pourra donc faire varier le courant secondaire entre les limites
EMI3.3
10 Ra et 10 B µ 4 3f n 4 il n2
Grâce à cet agencement, on arrive normalement à produire une variation totale du courant de court-circuit dans le rapport de 1 à 5.
Pour disposer de courants variant dans une plus large limite, ce qui est souvent indispensable pour permettre des applications diverses de la soudure électrique, il était jusqu'à présent nécessaire de prévoir plusieurs transformateurs de soudure donnant chacun des gammes de soudure différentes.
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Grâce à la présente invention, on peut, par un moyen-très simple, réaliser deux gammes de courants'au moyen du même appareil.
Pour celà, il suffit de coupler les deux enroulements primaires 2 et 3 en série ainsi que les deux enroulements secondaires 6 et 7, comme représenté sur la fig. 3.
Avec ce couplage, il y a deux fois plus de spires primaires et deux fois plus de spires secondaires.
Comme le rapport des nombres de spires primaires et secondaires n'est pas changé, il en résulte que la tension à vide secondaire, pour une même tension appliquée au primaire, n'est pas modifiée.
Le flux ' qui traverse les enroulements primaires 2 et 3 est donné par la formule E1 = 2 n1 @ ' 10-8 Cette formule,.rapprochée de (i), montre que µ' * 2
Les reluctances limites du circuit 12. 15. 14 n'ont pas été modifiées par le changement de couplage, il s'ensuit que le courant de court-circuit qui traversera les enroulements secondaires 6 et ? sera donné par.la'for mule
EMI4.1
4 If (n2 It2 1 1 t n2 It2 10'1 = g d'où 10 R d'où bzz °t1 n
Pour une même reluctance de fuites, donc pour une même position du shunt magnétique 10, le courant secondaire qui circule entre les bornes 8 et 9 est,cette fois,égal à
EMI4.2
sa $ 16ftno qu' il Vàla't ù 4x B n2 µ 16fl . % s alors qu'il valait 411 n2 dans le cas du couplage en para. le montré fig. 1.
En conséquence, si on obtenait au moyen du transformateur primitif un rapport des courants de l === à 5, on obtiendra en appliquant le perfectionnement faisant l'objet de la présente invention, une nouvelle gamme de réglage allant de 0.25
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à 1.25.
La variation totale et ininterrompue des courants obtenus au moyen du nouveaudispoitif décrit ci-dessus est donc de 5 = 20 au lieu de 5, soit 4 fois plus étende qu'avec
0.25 le transformateur construit suivant les procédés connus.
Le couplage des enroulements en série ou en parallèle peut être exécuté simplement à l'aide de barrettes.
Sur la figure 4 du dessin ci-annexé est montrée en a la position des barrettes pour réaliser le couplage parallèle et en b la position des barrettes pour réaliser le couplage série,donnant, ainsi qu'il a été expliqué plus haut, une gamme de courants quatre fois plus petits.
A titre de variante, on peut, par exemple, réaliser le changement de couplage, àl'aide de commutateurs actionnés ou non par un seul mécanisme de commande.
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"IMPROVEMENT OF TRANSFORMERS FOR POWER SUPPLY
ELECTRIC WELDING ARC "
Electric arc welding is currently used for the assembly of a wide variety of parts.
In these different applications, it has been observed that it is essential, in order to obtain flawless welds, to adapt the quality of the electrode, its diameter and the welding current, to the dimensions and nature of the parts to be assembled.
It has therefore been necessary to establish a considerable number of types of electrodes requiring, for their fusion, welding currents varying within increasingly extensive limits.
These welding currents are most often supplied by special transformers which must meet the following conditions:
1) give a high no-load voltage, of the order of 75 volts, in order to allow easy ignition of the welding arc,
2) supplying the welding arc with adjustable currents within wide limits.
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The voltage which exists at the terminals of the arc, during welding, being low, the welding currents are little different from the currents obtained when the terminals of the secondary of the supply transformer are directly short-circuited. In. Consequently, to facilitate explanations, it will not be mentioned, in the description which follows, of the welding currents, but only of the short-circuit currents of the supply transformer.
The conditions that must be fulfilled by these special transformers are therefore summarized as follows:
1) give a no-load voltage of the order of 75 volts.
2) provide adjustable secondary short-circuit currents within large limits.
To meet these conditions, it is known to make such transformers as shown schematically in Figure 1 of the accompanying drawing, in which:
1 is a laminated magnetic circuit; .
2 and 3 are the primary windings connected to the supply terminals 4 and 5 and each comprising h1 turns;
6 and 7 are the secondary windings connected to the secondary terminals 8 and 9 and each comprising n2 turns;
10 is a magnetic shunt which separates the primary windings from the secondary windings.
This shunt forms with the cores of the magnetic circuit two air gaps 15 and 16 and can be moved parallel to itself using any mechanical device, Figure 2, which is a side view of the transformer shown in figure l, shows in phantom lines the extreme positions a and b which can be occupied by the magnetic shunt 10,
The operation of this known transformer is as follows:
When a constant alternating voltage E1 is applied between 4 and 5, a flow µ circulates through the primary windings 2 and 3 such that:
EMI2.1
E1 - ni ca 4 10 - 8 (1) The mean line of this flow is 11, 12. 13. 14;
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the flux therefore passes through the secondary windings 6 and 7, the reluctance of the all-metal circuit 12, 13. 14 being much lower than that of the parallel circuit 12, 15, 14 which has two air gaps 16 and 17; consequently the voltage induced in the secondary windings 6 and 7 is roughly E2 = n2 @ 10-8, that is to say again according to (1) E2 = n2 / n1 E1.
When the secondary is short-circuited by joining the terminals 8 and 9, a short-circuit current circulates in the secondary windings 6 and 7 which opposes the passage of the flux, this one is therefore forced to pass by the leakage circuit in parallel 12. 15.14.
The secondary current required to thus divert the flow is given by the well-known relation
EMI3.1
4 fi enz 12 10 1 + n2 1 10-1) = R given that the magnetomotor forces produced by each of the secondary windings each carried by the current I2 are added in the circuit 12. 13. 14.
The total secondary current which will flow between the short-circuited terminals 8 and 9 will therefore be equal to
EMI3.2
10 z - - 2 12 ::: 4n n2.
However, the reluctance R is variable with the position of the shunt 10. Its value is minimum when this shunt occupies position a and maximum when it occupies position b. If Ra and Rb denote the extreme values of the reluctance R, we can therefore vary the secondary current between the limits
EMI3.3
10 Ra and 10 B µ 4 3f n 4 il n2
With this arrangement, it is normally possible to produce a total variation of the short-circuit current in the ratio of 1 to 5.
To have currents varying within a wider limit, which is often essential to allow various applications of electric welding, it was until now necessary to provide several welding transformers each giving different welding ranges.
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Thanks to the present invention, it is possible, by a very simple means, to achieve two ranges of currents by means of the same apparatus.
For this, it suffices to couple the two primary windings 2 and 3 in series as well as the two secondary windings 6 and 7, as shown in FIG. 3.
With this coupling, there are twice as many primary turns and twice as many secondary turns.
As the ratio of the number of primary and secondary turns is not changed, it follows that the secondary no-load voltage, for the same voltage applied to the primary, is not modified.
The flux 'which crosses the primary windings 2 and 3 is given by the formula E1 = 2 n1 @' 10-8 This formula, compared to (i), shows that µ '* 2
The limit reluctances of the circuit 12. 15. 14 have not been modified by the change of coupling, it follows that the short-circuit current which will cross the secondary windings 6 and? will be given by.la'for mule
EMI4.1
4 If (n2 It2 1 1 t n2 It2 10'1 = g hence 10 R hence bzz ° t1 n
For the same leakage reluctance, therefore for the same position of the magnetic shunt 10, the secondary current which circulates between terminals 8 and 9 is, this time, equal to
EMI4.2
sa $ 16ftno that it Vàla't ù 4x B n2 µ 16fl. % s whereas it was 411 n2 in the case of the coupling in para. shown in fig. 1.
Consequently, if one obtained by means of the primitive transformer a ratio of the currents of 1 === to 5, one will obtain by applying the improvement which is the subject of the present invention, a new adjustment range going from 0.25
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to 1.25.
The total and uninterrupted variation of the currents obtained by means of the new device described above is therefore 5 = 20 instead of 5, i.e. 4 times greater than with
0.25 the transformer built according to known methods.
The coupling of the windings in series or in parallel can be carried out simply by means of strips.
In Figure 4 of the accompanying drawing is shown in a the position of the bars to achieve the parallel coupling and in b the position of the bars to perform the series coupling, giving, as explained above, a range of currents four times smaller.
As a variant, it is possible, for example, to effect the change of coupling, with the aid of switches actuated or not by a single control mechanism.