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" Dispositif pour abaisser la tension à vide d'un transforma- teur plus particulièrement applicable à l'alimentation d'un arc électrique ".
La présente invention est relative à un dispositif pour abaisser la tension à vide d'un transformateur destiné à ali- menter un circuit d'utilisation dans des conditions telles que la tension à vide du transformateur soit nettement supérieure à sa tension en charge. Elle est plus spécialement applicable au cas où le circuit d'utilisation comporte un arc électrique.
On sait que la tension nécessaire à l'allumage d'un arc est plus élevée que la tension entre les électrodes quand l'arc est allumé ; enparticulier dans le cas d'un arc alimen- té en courant alternatif à l'aide d'un transformateur et utilisé pour la soudure, par exemple entre la pièce à souder et une électrode métallique fusible, cette tension est de l'ordre de 60 volts tandis que la tension en marche est généralement comprise entre 20 et 30 volts.
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La tension qui apparait dans ce cas entre l'électrode et la pièce, quand l'arc n'est pas allumé, peut donc être, surtout dans certaines conditions,notamment en cas d'humidité des locaux de travail, dangereuse pour le corps humain scelui- ci vient avoir un contact important avec des conducteurs sous tension. Pour permettre en toute sécurité l'exercice de la soudure à l'arc dans ces cas particuliers, on a donc cherché à réduire cette tension à vide à une valeur reconnue généralement comme non dangereuse pour le corps humain (25 à 30 volts par exemple), en utilisant un circuit auxiliaire comprenant un contacteur et un transformateur auxiliaire grâce auxquels, lorsque l'arc n'est plus allumé, la tension entre les électrodes est réduite à une valeur non dangereuse.
Le dispositif adopté, bien que non indispensable pour l'exercice courant de la soudure à l'arc, y apporte cependant un complément de sécurité particulièrement intéressant.
Dans le dispositif suivant l'invention,la bobine d'appel d'un contacteur, placé sur le circuit du primaire du transfor-
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mateur, fait partie d'un circuit comprenant le second ,d'un transformateur auxiliaire et un enroulement aux extrémités duquel règne une tension qui, comme la tension régnant entre les électrodes de l'arc, présente une valeur relativement élevée pendant la marche à vide et une valeur minimum très faible pendant le court-circuit, et en ce que les tensions du secondaire du transformateur auxiliaire et de l'enroulement précédent sont en opposition pour alimenter la bobine d'appel du contacteur.
Cet enroulement peut être un enroulement qui est bobiné sur le transformateur d'alimentation de l'arc et qui est con- necté ou non au circuit de l'arc ; depréférence cet enroulement est constitué par la totalité ou une partie du secondaire du transformateur d'alimentation de l'arc.
Ce dispositif abaisseur de la tension à vide d'un transformateur peut constituer par exemple un dispositif de sécurité
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pour un circuit d'alimentation d'un arcde soudure par un transformateur statique à courant alternatif.
Le dispositif de la présente invention offre l'avantage d'être particulièrement simple et sûr, car la bobine d'appel du contacteur n'est pas parcourue par le courant de l'arc et les ampères-tours qu'elle crée dépendent uniquement de la tension appliquée aux bornes de cette bobine, la construction de cette bobine et des autres éléments du contacteur correspond à la construction industrielle.
Les figures du dessin ci-joint donnent schématiquement deux exemples d'application à un circuit de soudure d'un dispositif suivant l'invention. Le schéma représenté par la figure 1 est particulièrement avantageux lorsque le tansformateur de soudure présente un rapport de transformation sensiblement constant et une impédance secondaire de valeur convenable, comme expliqué ci-dessous, quand le primaire n'est pas alimenté.
Le schéma représenté par la figure 2 est d'un emploi commode lorsque la tension à vide du transformateur de soudure est variable dans'des limites assez étendues et lorsque l'on dispose dans le circuit secondaire de ce transformateur d'un enroulement qui présente à ses extrémités une tension sensiblement constante lorsque le primaire est alimenté par le réseau, le secondaire n'étant pas chargé, et qui, lorsque le transformateur de soudure est chargé, présente une tension inférieure à la précédente, cette tension étant minimum lors du court-, circuit.
Dans la figure 1, l'arc qui jaillit entre une électrode de soudure I et la pièce à souder 2 est alimenté par le secondaire 3 d'un transformateur de soudure 4 dont le primaire 5 est relié à un réseau de distribution de courant 6 par les conducteurs 7)et 8. Sur l'un des conducteurs, le conducteur 8, sont prévues les bornes 9 et 10 d'un contacteur 11, canman- dé par une bobine d'appel 12. L'une des extrémités de catte
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bobine est reliée à l'une des extrémités du secondaire 13 d'un transformateur auxiliaire 14, tandis que l'autre extré- mité est reliée à l'une des extrémités du secondaire 3 du transformateur de soudure 4.
Le circuit auxiliaire comprenant cette bobine d'appel 12 et le secondaire 13 du transformateur ' auxiliaire 14 est fermé par le conducteur 15 reliant l'autre extrémité du Becondaire du transformateur principal 4 et l'au- tre extrémité du secondaire du transformateur auxiliaire 14.
Le montage des secondaires du transformateur principal 4 et du transformateur auxiliaire 14 dans ce circuit est tel que la bobine 12 du contacteur 11 est alimontée par la différence géométrique des tensions aux bornes de ces deux secondaires.
La bobine d'appel 12 est établie de telle sorte qu'elle ne puisse maintenir le contacteur 11 fermé lorsque l'arc est éteint, c'est-à-dire lorsqu'elle est alimentée par la résul- tante des tensions des secondaires du transformateur auxiliai- re 14 et du transformateur de soudure 4, ce dernier n'étant pas chargé, Au contraire, cette bobine détermine la fermeture du contacteur 11 lorsque la tension aux bornes du secondaire du transformateur de soudure 4, traversé par le courant débité par le secondaire du transformateur auxiliaire 14, devient inférieure à une certaine limite, égale à 25 volts par exemple.
D'autre part llimpédance présentée par le secondaire du trans- formateur de soudure 4 lorsque, le primaire n'est pas alimen- té, a une valeur telle que la tension à ses bornes soit supé- rieure à la tension limite précédemment fixée, lorsqu'il est traversé par le courant secondaire du transformateur auxiliai- re 14, mais qu'elle ne puisse cependant présenter aucun danger pour le soudeur; elle sera de 30 volts par exemple.
Par conséquent, à vide, le contacteur 11 reste ouvert, car la bobine d'appel 12 est alimentée par une tension trop faible pour faire mouvoir le contacteur,puisque la tension qui apparait entre l'électrode et la pièce à souder est supérieure à celle au-dessous de laquelle il faut descendre @
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pour déterminer la fermeture du contacteur.
Pour allumer l'arc, on met en contact l'électrode 1 et la pièce à souder 2; par suite, la tension aux bornes du secondaire du transformateur 4 s'annule approximativement.ce qui a pour effet de relever la tension d'alimentation de la bobine d'appel 12 du contacteur à une valeur, voisine de la tension secondaire du transformateur auxiliaire 14 et suffisante pour déterminer la fermeture du contacteur 11; celui-ci se ferme et applique la tensiodu réseau 6 au primaire du transformateur de soudure 4. Quand on écarte l'électrode de la pièce, l'arc s'allume et la tension de marche de l'arc s'établit d'elle-même entre les électrodes.
Cette tension est assez faible par rapport à la tension du secondaire du transformateur auxiliaire 14 pour que la babine d'appel du contacteur, qui est soumise à la différence géométrique des tensions du secondaire du transformateur auxiliaire 14 et du secondaire du transformateur de soudure 4, maintienne le contacteur 11 fermé. Par contre, quand l'arc s'éteint ou est allongé exagérément, la tension entre les électrodes de l'arc se relève automatiquement à une valeur supérieure à sa valeur normale en charge et par suite la tension à laquelle est alors soumise la bobine d'appel 12 tombe au-dessous de la valeur pour laquelle le contacteur 11 est fermé, de sorte que celui-ci s'ouvre et coupe le courant d'alimentation du primaire du transformateur de soudure 4.
Dans le cas où la chute de tension aux bornes du secondaire du transformateur de soudure 4 n'est pas suffisante pour maintenir à vide le contacteur 11 ouvert, par suite d'une impédance trop faible, une variante du dispositif précédent consiste à monter en dérivation avec le contacteur 11 une impédance fixe 16 (représentée en pointillé sur la figure 1).
Cette impédance est par conséquent insérée dans le circuit du primaire du transformateur de soudure 4 quand le contas leur 11 est ouvert et elle est court-circuitée quand ce contacteur
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est fermé, Sa valeur'est choisie de manière que dans le premier cas, qui correspond au non fonctionnement de l'arc,la tension aux bornes du secondaire/du transformateur 4, tout en étant une tension non dangereuse pour le soudeur, soit suffi- samment élevée pour que la tension aux bornes de la bobine d'appel 12 soit @ insuffisante pour déterminer la fermeture du contacteur. Cette fermeture se produit lorsque l'électrode 1 est mise en contact avec la pièce à souder 2; l'impédance 16 est alors court-circuitée par le contacteur 11.
La figure 2 est relative au cas d'un transformateur à fuites magnétiques, dont la tension à vide et l'impédance secondaire sont variables. Dans cette figure le transformateur de soudure est désigné par 104; une partie 103 des enroulements secondaires est bobinée sur le noyau qui porte le primaire 105, tandis qu'une autre partie 103' est bobinée sur
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0'\.Oçw.... y le opposé au noyau de la bobine primaire; ces enroulements sont munis de prises 117, 117' que l'on peut réunir deux à deux par une barrette conductrice telle que 124, de manière à faire varier la disposition des spires secondaires insérées dans le circuit de soudure.
On raccorde le circuit auxiliaire comprenant la bobine d'appel 112 du contacteur 111 et le secondaire'113 du transformateur auxiliaire 114 à deux points fixes 118 et 119 du secondaire du transformateur de soudure 104 entre lesquels existe une tension qui diminue lorsque le transformateur est chargé, du fait des fentes magnétiques introduites alors par ce transformateur, l'impédance présentée à vide entre ces deux points étant en outre suffisamment élevée pour que le contacteur 111 reste ouvert. Ces deux points 118 et 119, sont, sur la figure, les deux extrémités de l'enroulement secondaire 103' bobiné sur le noyau opposé à celui sur lequel le primaire 105 est bobiné.
Quelle que soit la position de la barrette de réglage 124, la tension entre ces points 118 et 119 tombe à une valeur
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voisine de zéro lorsque l'électrode et la pièce sont missen court-circuit et prend une valeur relativement élevée à l'extinction de l'arc. Il est donc possible, en choisissant convenablement la tension du transformateur auxiliaire 113 et la tension au-dessus de laquelle la bobine d'appel 112 ferme le contacteur 111, d'obtenir que ce contacteur se ferme au courtcircuit d'allumage et s'ouvre à l'extinction de l'arc.
Dans le schéma de cette figure 2, on utilise comme organe de manoeuvre un interrupteur 130, auquel on peut faire occuper trois positions distinctes; dans la position de la figure des circuits du primaire et du secondaire du transf orma- teur auxiliaire 114 sont coupés tous les deux par cet interrupteur, le primaire du transformateur de soudure 103 étant coupé par le contacteur 111; l'ensemble de l'installation est ainsi complètement arrêté.
Lorsque l'interrupteur 130 est amené sur les contacts inférieurs 120, 121, le circuit comportant le secondaire 113 du contacteur est relié aux points 118 et 119 du secondaire du transformateur de soudure 104,ce qui réalise le dispositif de sécurité suivant l'invention.Enfin quand l'interrupteur est placé sur les contacts supérieurs 122, 123, un second circuit est établi et la bobine d'appel 112 est alimentée directement par le secondaire du transformateur auxiliaire 114; le contacteur sert alors d'interrupteur de mise en marche et d'arrêt.
Si le jeu de prises disposées sur un transformateur de soudure à réglage du courant de soudure par prises ne permettait pas de choisir une partie de l'enroulement secondaire présentant les caractéristiques électriques voulues pour assurer,dans les conditions rappelées ci-dessus,le fonctionnement du contacteur, on pourrait prévoir sur le bobinage du transformateur des prises auxiliaires ou lui ajouter des spires supplémentaires non parcourues par le courant de soudure, et qui pourraient par conséquent être en fil fin.
Pour savoir quel est le circuit utilisé, une lampe de cou-
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ïut- x,,a,nt différente est placée sur chacun de ces circuits; ces lampes peuvent servir de fusibles en cas d'avaries survenues la-bobine d'appel ou d'erreurs dans les branchements.
Les organes du dispçsitif de sécurité, transformateur auxiliaire et contacteur, peuvent être rassemblés dans un coffret ou fixés à demeure sur le transformateur d'alimentation de l'arc. On peut se servir du contacteur comme interrupteur de mise en marche et d'arrêt du transformateur du circuit de soudure, ou même comme disjoncteur,en le munissant de relais thermiques ou électro-magnétiques.
Op peut éventuellement utiliser,à la place d'un transformateur auxiliaire, une partie du transformateur de soudure, de manière que la tension fournie par le secondaire de cette partie du transformateur ait une valeur convenable pour permettre l'ouverture du contacteur lorsque l'arc est interrompu,le contacteur étant alors placé sur le circuit du secondaire du transformateur de soudure.
Le contacteur peut être utilisé pour couper ou fermer,pendant des périodes de fonctionnement ou de non fonctionnement de l'arc,les circuits d'alimentation d'appareils auxiliaires tels que condensateurs pour l'amélioration du facteur de puissance, moteur d'entraînement du chariot d'une machine automatique à souder ou moteur d'entraînement du fil électrode,ventila- teur pour le refroidissement du poste de soudure,etc..;
dans ce cas les contacts du contacteur sont intercalés en amont de l'ense@ble des appareils à commander par rapport au réseau général d'alimentabion , ou bien ce contacteur est muni de contacts auxiliaires, qui sont solidaires des organes mécaniques d'entraînement des contacts principaux et qui permettent d'alimenter tout ou partie des appareils auxiliaires par une autre source d'énergie électrique que celle qui alimente le poste de soudure.
REVENDICATIONS.
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"Device for lowering the no-load voltage of a transformer more particularly applicable to the supply of an electric arc".
The present invention relates to a device for lowering the no-load voltage of a transformer intended to supply a use circuit under conditions such that the no-load voltage of the transformer is markedly greater than its on-load voltage. It is more especially applicable in the case where the user circuit comprises an electric arc.
It is known that the voltage required to ignite an arc is higher than the voltage between the electrodes when the arc is ignited; in particular in the case of an arc supplied with alternating current using a transformer and used for welding, for example between the part to be welded and a fusible metal electrode, this voltage is of the order of 60 volts while the operating voltage is generally between 20 and 30 volts.
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The voltage which appears in this case between the electrode and the part, when the arc is not ignited, can therefore be, especially under certain conditions, in particular in the event of humidity in the work rooms, dangerous for the human body. s it comes into significant contact with live conductors. To safely allow the exercise of arc welding in these particular cases, we have therefore sought to reduce this no-load voltage to a value generally recognized as not dangerous for the human body (25 to 30 volts for example). , using an auxiliary circuit comprising a contactor and an auxiliary transformer thanks to which, when the arc is no longer ignited, the voltage between the electrodes is reduced to a non-dangerous value.
The device adopted, although not essential for the current practice of arc welding, nevertheless provides a particularly interesting additional safety.
In the device according to the invention, the inrush coil of a contactor, placed on the primary circuit of the transformer
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matrix, is part of a circuit comprising the second, an auxiliary transformer and a winding at the ends of which a voltage prevails which, like the voltage prevailing between the electrodes of the arc, has a relatively high value during idling and a very low minimum value during the short circuit, and in that the voltages of the secondary of the auxiliary transformer and of the preceding winding are in opposition to supply the inrush coil of the contactor.
This winding can be a winding which is wound on the arc supply transformer and which is or is not connected to the arc circuit; this winding preferably consists of all or part of the secondary of the arc supply transformer.
This step-down device for the no-load voltage of a transformer can constitute for example a safety device
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for a supply circuit of a welding arc by a static alternating current transformer.
The device of the present invention offers the advantage of being particularly simple and safe, since the inrush coil of the contactor is not traversed by the arc current and the ampere-turns that it creates depend solely on the voltage applied to the terminals of this coil, the construction of this coil and of the other elements of the contactor corresponds to industrial construction.
The figures of the attached drawing schematically give two examples of application to a soldering circuit of a device according to the invention. The diagram represented by FIG. 1 is particularly advantageous when the solder transformer has a substantially constant transformation ratio and a secondary impedance of suitable value, as explained below, when the primary is not supplied.
The diagram shown in Figure 2 is conveniently used when the no-load voltage of the welding transformer is variable within fairly wide limits and when there is in the secondary circuit of this transformer a winding which has its ends a substantially constant voltage when the primary is supplied by the network, the secondary not being loaded, and which, when the welding transformer is loaded, has a lower voltage than the previous one, this voltage being minimum during the short- , circuit.
In figure 1, the arc which shoots out between a welding electrode I and the part to be welded 2 is supplied by the secondary 3 of a welding transformer 4 whose primary 5 is connected to a current distribution network 6 by the conductors 7) and 8. On one of the conductors, the conductor 8, are provided the terminals 9 and 10 of a contactor 11, driven by a pick-up coil 12. One of the catte ends
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coil is connected to one end of secondary 13 of an auxiliary transformer 14, while the other end is connected to one end of secondary 3 of welding transformer 4.
The auxiliary circuit comprising this inrush coil 12 and the secondary 13 of the auxiliary transformer 14 is closed by the conductor 15 connecting the other end of the Becondaire of the main transformer 4 and the other end of the secondary of the auxiliary transformer 14.
The assembly of the secondaries of the main transformer 4 and of the auxiliary transformer 14 in this circuit is such that the coil 12 of the contactor 11 is supplied by the geometric difference in the voltages at the terminals of these two secondaries.
The inrush coil 12 is established in such a way that it cannot keep contactor 11 closed when the arc is extinguished, that is to say when it is supplied by the resulting voltages of the secondaries of the circuit. auxiliary transformer 14 and welding transformer 4, the latter not being loaded. On the contrary, this coil determines the closing of contactor 11 when the voltage at the terminals of the secondary of welding transformer 4, crossed by the current supplied by the secondary of the auxiliary transformer 14 becomes less than a certain limit, equal to 25 volts for example.
On the other hand, the impedance presented by the secondary of the welding transformer 4 when, the primary is not supplied, has a value such that the voltage at its terminals is greater than the limit voltage previously set, when it is crossed by the secondary current of the auxiliary transformer 14, but that it cannot however present any danger to the welder; it will be 30 volts for example.
Consequently, when empty, the contactor 11 remains open, because the inrush coil 12 is supplied with a voltage too low to move the contactor, since the voltage which appears between the electrode and the part to be welded is greater than that below which to descend @
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to determine contactor closure.
To ignite the arc, the electrode 1 is brought into contact with the workpiece 2; as a result, the voltage across the secondary of transformer 4 is approximately zero. which has the effect of raising the supply voltage of the inrush coil 12 of the contactor to a value close to the secondary voltage of the auxiliary transformer 14 and sufficient to determine the closure of contactor 11; this closes and applies the voltage of network 6 to the primary of the welding transformer 4. When the electrode is moved away from the part, the arc ignites and the operating voltage of the arc is established from it - even between the electrodes.
This voltage is low enough compared to the voltage of the secondary of the auxiliary transformer 14 so that the call switch of the contactor, which is subjected to the geometric difference of the voltages of the secondary of the auxiliary transformer 14 and of the secondary of the welding transformer 4, keep contactor 11 closed. On the other hand, when the arc is extinguished or is excessively extended, the voltage between the electrodes of the arc automatically rises to a value greater than its normal value under load and consequently the voltage to which the coil d is then subjected. The inrush 12 falls below the value for which the contactor 11 is closed, so that the latter opens and cuts the supply current of the primary of the welding transformer 4.
In the event that the voltage drop across the terminals of the secondary of welding transformer 4 is not sufficient to keep contactor 11 open at no load, due to an impedance that is too low, a variant of the previous device consists of using a bypass with the contactor 11 a fixed impedance 16 (shown in dotted lines in FIG. 1).
This impedance is therefore inserted in the circuit of the primary of the welding transformer 4 when the contactor 11 is open and it is short-circuited when this contactor
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is closed, Its value is chosen so that in the first case, which corresponds to the non-operation of the arc, the voltage at the terminals of the secondary / transformer 4, while being a non-dangerous voltage for the welder, is sufficient - sufficiently high so that the voltage at the terminals of the inrush coil 12 is @ insufficient to determine the closing of the contactor. This closing occurs when the electrode 1 is brought into contact with the workpiece 2; impedance 16 is then short-circuited by contactor 11.
FIG. 2 relates to the case of a magnetic leakage transformer, of which the no-load voltage and the secondary impedance are variable. In this figure the welding transformer is designated by 104; a part 103 of the secondary windings is wound on the core which carries the primary 105, while another part 103 'is wound on
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0 '\. Oçw .... y the opposite to the core of the primary coil; these windings are provided with taps 117, 117 'which can be joined in pairs by a conductive bar such as 124, so as to vary the arrangement of the secondary turns inserted in the soldering circuit.
The auxiliary circuit comprising the inrush coil 112 of the contactor 111 and the secondary 113 of the auxiliary transformer 114 is connected to two fixed points 118 and 119 of the secondary of the welding transformer 104 between which there is a voltage which decreases when the transformer is loaded. , because of the magnetic slots then introduced by this transformer, the impedance presented at no load between these two points being also high enough for the contactor 111 to remain open. These two points 118 and 119 are, in the figure, the two ends of the secondary winding 103 'wound on the core opposite to that on which the primary 105 is wound.
Whatever the position of the adjustment bar 124, the tension between these points 118 and 119 drops to a value
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close to zero when the electrode and the workpiece are short-circuited and take a relatively high value when the arc is extinguished. It is therefore possible, by suitably choosing the voltage of the auxiliary transformer 113 and the voltage above which the inrush coil 112 closes the contactor 111, to obtain that this contactor closes on the ignition short-circuit and opens. when the arc is extinguished.
In the diagram of this FIG. 2, a switch 130 is used as an actuator, which can be made to occupy three distinct positions; in the position of the figure, the circuits of the primary and the secondary of the auxiliary transformer 114 are both cut by this switch, the primary of the welding transformer 103 being cut by the contactor 111; the entire installation is thus completely stopped.
When the switch 130 is brought to the lower contacts 120, 121, the circuit comprising the secondary 113 of the contactor is connected to the points 118 and 119 of the secondary of the welding transformer 104, which produces the safety device according to the invention. Finally, when the switch is placed on the upper contacts 122, 123, a second circuit is established and the inrush coil 112 is supplied directly by the secondary of the auxiliary transformer 114; the contactor then acts as an on and off switch.
If the set of taps placed on a welding transformer with adjustment of the welding current by taps did not make it possible to choose a part of the secondary winding having the required electrical characteristics to ensure, under the conditions mentioned above, the operation of the contactor, it is possible to provide auxiliary taps on the transformer winding or to add additional turns not traversed by the welding current, and which could therefore be made of fine wire.
To find out which circuit is used, a headlamp
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a different ïut- x ,, a, nt is placed on each of these circuits; these lamps can be used as fuses in the event of damage to the inrush coil or errors in the connections.
The components of the safety device, auxiliary transformer and contactor, can be assembled in a box or permanently attached to the arc supply transformer. The contactor can be used as an on and off switch for the welding circuit transformer, or even as a circuit breaker, by providing it with thermal or electromagnetic relays.
Op can optionally use, instead of an auxiliary transformer, a part of the welding transformer, so that the voltage supplied by the secondary of this part of the transformer has a suitable value to allow the opening of the contactor when the arc is interrupted, the contactor then being placed on the secondary circuit of the welding transformer.
The contactor can be used to cut or close, during periods of operation or non-operation of the arc, the supply circuits of auxiliary devices such as capacitors for improving the power factor, motor for driving the arc. carriage of an automatic welding machine or motor for driving the wire electrode, fan for cooling the welding station, etc .;
in this case the contactor contacts are interposed upstream of the set of devices to be controlled with respect to the general power supply network, or else this contactor is provided with auxiliary contacts, which are integral with the mechanical drive members of the main contacts and which make it possible to supply all or part of the auxiliary devices by a source of electrical energy other than that which supplies the welding station.
CLAIMS.
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