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PROCEDE DE REGLAGE DES COURANTS DE COURT-CIRCUIT ET DE SERVICE DES GENERATRICES A COURANT CONTINU, EN PARTICULIER POUR LA SOUDURE PAR ARC, ET GENERATRICE POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE
L'objet de l'invention est un procédé pour le réglage du cou- rant de service d'une génératrice à courant continu, en particulier pour la soudure par arc, ainsi qu'une génératrice à courant continu pour la mise en oeuvre du procédé.
Comme ce réglage présente des avantages particuliers pour des machines à souder, afin de faire mieux ressortir ceux-ci par rapport aux solutions antérieures, ce réglage sera défini ou détaillé en relation avec quelques illustrations des avantages de l'invention.
A l'effet de pouvoir mieux mettre ces avantages en,lumière vis à vis des solutions antérieures, on indiquera brièvement ci-après les con- ditions auxquelles doivent satisfaire les machines de ce genre ainsi que l'état antérieur de la technique.
Dans las machines à souder, les exigences ci-après étaient an- térieurement présentées; bonnes qualités de la soudure, ainsi que
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bonnes qualités dynamiques, c'est à dire: pas de pointes de tension lors d'un court-circuit brusque ou chute rapide de tension par ou- verture du court-circuit, gamme étendue de réglage, réglage à dis- tance, marche économique, faible poids.
La condition ou qualité la plus importante, savoir que la géné.- ratrice ne compacte pas, par rapport au courant de soudure, un cou- rant de court-circuit très élevé, et soit statique ou dynamique, implique une construction particulière de ces machines.
La condition ou qualité précitée doit être assurée dans toute l'étendue du champ de réglage, de façon que des objets ou électrodes fragiles aussi bien que robustes puissent être soudés. Le réglage à distance est de ce fait important, car on obtient ainsi l'assurance que l'opérateur soudera toujours avec le courant approprié. Pour les mêmes raisons, le courant devra autant que possible être susceptible d'une grande finesse de réglage.
Un fonctionnement économique est possible lorsqu'on réalise une soudure sans défaut dans toutes les positions, et donc que la machi- ne possède de bonnes qualités de soudure, est réglable à distance et ne comporte que de faibles pertes aussi bien en charge qu'à vide, Il est possible alors de réaliser une soudure facile, rapide et exempte de défauts, en un temps aussi court et avec une consommation d'éner- gie aussi réduite que possible.
On a déjà proposé toute une série de solutions à ces problèmes, qui constamment toutefois ne satisfont qu'à une partie des conditions ou exigences définies plus haut.
Selon un groupe de solutions, on utilise des machines à courant continu normales, à excitation indépendante ou propre, et plus ou moins d'enroulements anti-compounds bien accouplés sur des pôles principaux ou auxiliaires, ou dans l'induit. Un accouplement entiè- rement satisfaisant, qui est nécessaire pour de bonnes qualités dynamiques, nécessite toutefois des transformateurs accouplés parti- culiers qui sont onéreux et lourds et qui réduisent l'effet utile.
En outre, ces machines nécessitent des excitatrices spéciales ou des redresseurs avec transformateurs, ou des appendices d'enroulements - du moteur à champ tournant d'entraînement de la génératrice -, ce
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qui est également onéreux et compliqué. Em même temps, les spires intéressées du moteur asynchrone sont supplémentairement chargées, de sorte que la sécurité de fonctionnement en souffre. Pour ces rai- sons, ce groupe de solutions ne peut, comme on le voit, être consi- déré comme satisfaisant.
Un deuxième groupe de solutions utilise des machines à courant continu de construction spéciale, dites à champ transversal. Ces machines ne nécessitent pas d'excitatrices, car elles sont la plu- part du temps excitées en série. Elles comportent toutefois quelques inconvénients graves. Ainsi, lors d'un court-circuit brusque, la valeur finale est le plus souvent largement dépassée.
En particulier pour des courants de soudure faibles, la soudure est particulièrement difficile, du fait que le courant, lors du passage de gouttes, présente une allure fortement variable et qu' ainsi le courant de soudure tombe souvent à une valeur tellement faible que l'arc cesse de passer. L'allumage est également difficile car le courant de court-circuit stationnaire est si petit que, par sa rupture, en raison de la faible résistance dynamique, il ne rest@ pas suffisamment de tension de réserve dynamique disponible.
Un inconvénient supplémentaire est la construction anormalement dans dispendieuse, en raison de la construction polaire spéciale, #laquel des le il est difficile d'agencer#pôles auxiliaires, la construction spéciale d'enveloppe ou culasse en tôles minces ou faibles, la dif- ficulté du réglage à distance et la sécurité de pôle insuffisante.
De ce fait, il a jusqu'à présent été nécessaire de prévoir de petits enroulements à excitation indépendante ou auto-excitation, alimentés par une excitatrice ou à partir du réseau par l'intermé- diaire de redresseurs, avec les inconvénients déjà signalés, en morne temps que l'on devait prévoir des dispositifs plus ou moins compliqués tels que la tension à vide n'augmente pas autant, consis tant soit en un enroulement auto-destructeur supplémentaire, ou bien en une conformation spéciale de l'épanouissement ou pièce po- laire et de l'entrefer, en compliquant donc davantage la construc- tion.
Un autre inconvénient est l'excitation de l'induit à l'aide de courants de valeur élevée, qui nécessitent au moins deux groupes
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de balais d'excitation en court-circuit, accroissant encore les per- tes au collecteur et dans l'induit ainsi qu'en tous cas dans les par- ties qui sont les plus influencées par les courants et tensions de grandes valeurs ici en question. En vue d'améliorer les qualités dynamiques, on a proposé une série de mesures qui compliquent et ac- croissent le coût de la construction de ces machines, comme par exem- ple des transformateurs accouplés, l'augmentation de la résistance par l'agencement d'enroulements spéciaux de résistance plus importan- te pour un courant plus faible, éventuellement en série avec des ré- sistances.
Dans l'état actuel de la technique, les machines à champ trans- versal ne peuvent de ce fait être signalées comme appropriées.
Un troisième groupe de solutions, qui intéresse également l'inven- tion, est représenté par les machines dites à pôles fendus ou divisés, dans lesquelles certains ou tous les pôles sont divisés en pôles par- tiels, en même temps que par des balais d'excitation spéciaux le même induit prend différentes tensions, utilisées pour l'alimentation d' enroulements d'excitation.
il est connu d'alimenter tous les pôles, ou tous les pôles de même genre -- soit tous les pôles fendus d'amont ou d'aval -- à l'ai- de de tensions qui sont prises à un balai principal et à un balai auxiliaire, ces tensions restant ainsi constantes ou bien, suivant la construction et la saturation, croissant ou décroissant quelque peu
Il est en outre connu d'alimenter ces pales à l'aide d'enroulements supplémentaires qui sont soit reliés à la différence de potentiel aux bornes, ou bien à des balais dont la tension augmente avec le courant,ou bien encore sont traversés par le courant de travail lui- même.
Le réglage est réalisé de diverses façons: on connait déjà l'introduction d'une résistance dans un ou tous les circuits d'exci- tation; le décalage de balais et en particulier le décalage des seuls balais d'excitation ou de balais principaux et d'excitation, et la modification d'un entrefer dans les pôles. Il est également connu de prendre la tension d'excitation à un potentiomètre réglable relié à deux balais; il est en outre connu, en vue du réglage, de munir d'ap- pendices les enroulements excités en série.
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La difficulté principale réside,dans ces machines,dans l'obtention simultanée de bonnes qualités de soudage et de réglage. En elles-mêmes, ces qualités sont notamment difficiles à réunir. Les pôles fendus principaux,c'est à dire les pôles fendus d'aval, sont notamment le plus souvent établis saturés et ne peuvent de ce fait être réglés, et les pôles fendus d'amont,dit pôles fendus transversaux, ne doivent, pour posséder de bonnes qualités dynamiques, porter aucun enroulement à excitation shunt ou indépendante.
Toutes les solutions qui vont à l'encontre de ceci impliquent de mauvaises qualités dynamiques, sauf lorsqu'elles comportent des transformateurs accouplés ou des enroule- ments accouplés, ce qui est concomittant d'inconvénients déjà indiquée
Pour cette raison, on n'a pu retenir, dans ces machines, que les propositions qui n'utilisent, sur les pôles transversaux, que des en- roulements séries et qui sont réglés à l'aide d'appendices, ce qui, pour les courants importants, est compliqué, dispendieux, et ne convi@ pas pour le réglage à distance. En outre le réglage n'est qu'approxi- matif ou grossier, car les enroulements ne comportent qu'un petit nom- bre de spires.
Pour cette raison on a cherché à transférer le réglage sur les pôles fendus principaux, qui doivent en même temps être pour- vus d'enroulements de compensation, Pareil réglage présente l'inconvé- nient que la machine ne peut être réglée d'une manière stable dans des limites étendues, ou que le courant établi est largement dépendant de l'échauffement de la machine, ce qui est très incommode. Le décalage de balais présente l'inconvénient d'un agencement difficile de pôles auxiliaires qui doivent être ou bien très larges ou bien décalés avec les balais. En outre, ce réglage ne convient pas pour la régulation à distance.
On connaît également une construction dans laquelle une partie seulement du pôle est réalisée sous forme de pôle fendu. Un inconvé- nient de cette proposition est que l'enroulement d'induit doit être cordé de manière que sur une partie du pourtour de l'induit aucune force électromotrice ne puisse être induite.
L'induit est de ce fait mal utilisé, notamment par exemple sur
2/3 seulement , et doit par suite être largement agrandi. Pour réduire dans la mesure du possible l'accouplement en opposition d'enroulements
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shunt et série, les deux enroulements sont ici disposes sur des pôles différents. Pour que, cela étant, le flux à vide suive le trajet dési ré, on doit, sur la racine d'un des pôles fendus, prévoir un entrefer, tel que le flux à vide d'écoule principalement par l'autre pôle fendu à plus petit entrefer.
Comme lors d'un court-circuit la plus grande portion du flux, c'est à dire sensiblement la somme des deux pôles restants doit passer par le pôle fendu comportant un grand entrefer à sa racine, un nombre relativement grand d'ampères tours sont dans ce cas nécessaires. omme en outre l'induction entre la pièce polaire et l'induit sous ce pôle est notablement plus grande que celle sous les deux pôles restants, l'effet utile de la machine est supplémentairement réduit.
Ces machines sont de ce fait comparativement grandes et lourdes et nécessitent également une dépense de cuivre et une perte en cuivre relativement grandes.
L'invention remédie à tous les inconvénients définis et procure malgré ses lignes de force croisées du flux de force partiel, aussi bien à vide qu'en charge, une répartition de flux résultante qui garanti d'aussi bonnes qualités dynamiques qu'un accouplement parfait d'enroulements série et shunt de machines à excitation indépendante.
Le mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après en référence à un exemple d'exécution d'une machine à deux pôles qui est représentée dans la fig.l. Naturellement la machine pourrait également être exécutée avec 2 p pôles.
1 désigne l'induit qui porte un enroulement continu bi-polaire pratiquement non cordé.
L'enroulement est relié à un collecteur, non illustré, de sorte que les balais ont été représentés comme frottant directement sur l'induite
2, 4 désignent les balais principaux; 3,5 les balais auxiliaires
L'enveloppe ou culasse 6 porte les deux pôles principaux 7, 9 et les deux pôles transversaux 8, 10.
Pour éviter une induction antagoniste défavorable, M, entre l'excitation shunt -- 11,13 -- des pôles prin- cipaux et les enroulements séries anti-compound -- 12,14 --, il n' est pas prévu d'enroulements d'excitation shunt sur les pôles trans- versaux 8,10,
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Conformément à l'invention, le réglage de l'intensité du courant de service est réalisé de cette façon que le flux magnétique de ± pôles fendue principaux d'une polarité-- par exemple 9 -- est réglé à vide dans de larges limites, par exemple depuis zéro ou de valeurs un négatives jusqu'à#maximum positif, tandis que la grandeur du flux magnétique des pôles fendus principaux de polarité'contraire - 7 -, à vide,
reste constante ou ne varie que peu relativement aux varia- tions du flux magnétique des premiers 2 pôles fendus principaux, en même temps que, suivant le réglage, la valeur réglée à vide du flux des 2p pôles fendus principaux des deux polarités reste constante ou varie peu avec la grandeur du courant en charge.
Ce réglage offre une série d'avantages par rapport aux réalisa- tions connues. Par réglage, sur la valeur maximum du courant de ser- vice, les deux pôles fendus principaux sont complètement excités, de sorte qu'à vide aucun flux ne s'écoule par les pôles transversaux 8,
10. Ce flux n'induirait rien entre les balais 2, 4 et doit par suite être considéré comme flux de dispersion. De ce fait, on n'aug- mente les dimensions de la machine que comme dans les réalisations connues à nombre impair de pôles, où ce flux de dispersion doit âtre combattu en prévoyant de grands entrefers, et dans lesquelles pour franchir ces entrefers en fonctionnement, des ampères-tours en nombre important sont nécessaires.
Par la disposition de l'invention, de grands entrefers ne sont pas nécessaires sous les pôles 8,10, car ces pôles, par excitation symétrique, se trouvent dans un plan équi- potentiel, de sorte qu'il n'existe aucune ligne de force telles que
27, 28. L'utilisation d'ampères-tours est de ce fait réduite aussi bien pour l'excitation du flux à vide que du flux transversal égale- ment, ce qui fait que la perte et la consommation de cuivre sont également réduites.
Comme les pôles transversaux ne comportent aucun enroulement shunt, le flux à vide peut, sans retard du courant de travail, être proportionnellement repoussé dans les pôles transversaux, car il n' est pas étouffé par un circuit fermé, grâce à quoi la répartition des tensions induites dans l'induit s'effectue selon la fig.2.
Dans la fig.2. E32, E54,E43, E25, E42 représentent les tenais
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entre des balais de même désignation. Un accroissement du flux se prc duit par contre dans le courant continu induit dans les enroulements 11 et 13 , ce qui est très favorable, car de ce fait, passagèrement, la tension E23 de l'induit, induite dans la partie 2-3 (fig.2), est plus petite que celle dans l'état stationnaire final , en sorte que l'action anti-compound E43 est relativement plus grande.
Cela signi- fie que la valeur finale statique du courant de court-circuit, malgr l'action d'amortissement des courants parasites, est établie apério- diquement sans excès de la valeur finale, car la résultants de la tension E 42 propulsant le courant est passagèrement plus petite que dans l'état stationnaire final , comme il n'est pas difficile de le remarquer dans les figures 2a - 2d.
Par réglage sur des plus petites valeurs du courant de Service et de court-circuit, l'excitation du pôle fendu principal 9 diminue. On envisage par exemple le cas où l'excitation serait interrompue. Dans ce cas, l'excitation est asymétrique, les rôles transversaux 8, 10 ne sont plus dans un plan équipotentiel et il passe à travers ces pôles un flux plus ou moins important -- lignes de force 27,28, fig.l, sommairement représentées à nouveau fig.3 -- qui ne contribue pas à la tension à vide E42, car ces flux induisent dans une et la même bobine du conducteur d'induit, des tensions qui s'annulent. Ce flux de dispersion concoure toutefois dans une mesure importante à ce que, malgré l'abaissement de la tension à vide, la saturation du pôle 7 ne tombe pas en valeur nominale ,
de sorte qu' un fonctionnement stable est également possible par auto-excitation.
Conformément à l'invention, les enroulements d'excitation du pale 7 qui conduisent des flux plus ou moins constants sont, pour cette raison, excités par les balais 2,3 flanquant ce pale. Comme la réac- tion d'induit tend à renforcer l'excitation des pôles 7,9, on pré- voit, tout au moins sur le pôle 9, un enroulement de compensation 16, car le flux du pôle 7, en raison de sa saturation, qui peut encore être augmenté en prévoyant des étranglements 16, ne peut en tous cas prendre beaucoup.
En charge, il se produit, pour un courant donné, auquel se rappcr te la caractéristique, par exemple la demi-tension à vide, une perte
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de flux, ainsi qu'il est indiqué dans la fig.4. La majeure portion du flux à vide du pôle 7 est déviée dans le pôle 8, tandis qu'une partie des lignes de force, qui, à vide, passaient de 7 vers 9, sont remplacées par de celles allant de 10 vers 9. Comme la flux dans 9 ne s'est pas modifié, à nouveau on ne doit pas s'attendre à une pointe de courant en cas de court-circuit brusque, ceci d'autant moins que la variation du flux dans 10, ou dans des portions de l'enveloppe ou culasse 6, n'introduit, sauf des courants parasites, aucun courant amortisseur dans des enroulements bons conducteurs.
Les courants parasites peuvent être atténués de manière connue, par feuilletage des parties conduisant le flux ou par de faibles épaisseurs des pa- rois de l'enveloppe ou culasse 6. Une amélioration supplémentaire de la tenue dynamique est réalisée, conformément à l'invention, de cette façon que, par détermination correcte de la saturation ou du nombre de spires de l'enroulement compensateur 16, à un courant de fonctionnement ou de régime croissant, est également lié un plus ou moins grand accroissement des flux 7 et 9 dans l'état stationnaire.
Comme déjà exposé, un accroissement brusque des flux des pôles fendus principaux n'est pas possible en raison de l'action amortis- sante des enroulements shunt 11,13, de sorte que de ce fait l'action néfaste des courants parasites des pôles de flux transversaux et de l'enveloppe ou culasse est empêchée. Il est ainsi possible également dans des machines à pôles fendus, sans couplage d'auto-excitation et contre-excitation, d'obtenir des qualités dynamiques parfaites.
Le réglage du flux à vide, donc le réglage de la tension à vide est, conformément à l'invention, assuré de cette façon que l'enroulement d'excitation du pôle fendu principal de la deuxième polarité, dont le flux à vide n'est pas généralement modifié ou tout au moins n'est que peu modifié relativement à la variation du flux du pôle fendu principal de première polarité forme un circuit d'excitation indéper- dant, qui est alimenté par les balais électriques -- 2 et 3 ou 5 et 4-- flanquant le pôle fendu principal avec une tension d'induit proportionnelle à la différence des flux des pôles fendus principaux de polarités 1 et 2, tandis que l'enroulement d'excitation du pôle fendu principal de polarité 1, dont le flux,en vue des modifications
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des valeurs de service à vide,
est réglable dans de larges limites, par exemple de zéro ou de valeurs négatives jusqu'à un maximum pesi- tif, est alimenté soit par les mêmes balais, 2 et 3 ou 5 et 4, flanquant le pôle fendu principal, ou bien par les balais 3 et 5 flanquant les pôles fendus principaux et transversaux de même déno- mination avec une tension d'induit croissant fortement avec la char- ge.
L'alimentation des enroulements d'excitation du pôle fendu prin- cipal 9 par une tension d'induit croissant avec la charge, présente l'avantage que, par un choix correct de l'enroulement de compensa- tion, on obtient des caractéristiques statiques plus raides pour de plus petits courants, pour lesquels cette excitation faiblit ou est interrompue, que pour les plus forts courants, grâce à quoi le champ de réglage est élargi. Les qualités de soudage sont, comme déjà indiqué, égalament améliorées par ce oompoundage indirect.
Le réglage peut, naturellement, être réalisé par réglage des deux enroulements d'excitation. On a toutefois indiqué qu'il suffit de régler uniquement l'enroulement 13, et de connecter le pôle 11 aux balais, directement ou par l'intermédiaire d'une résistance non réglable 17, comme il est représenté dans la fig.l. Il peut être avantageux de rendre la résistance 17 fortement dépendante positive- ment du courant. Antérieurement, il était le plus souvent d'usage, pour le réglage à distance, d'employer un régulateur spécial. Ceci présente toutefois l'inconvénient que le courant peut non seulement être réglé par l'opérateur au poste de soudure, mais également par une main non autorisée à partir de la machine à souder.
Un régula- teur spécial comporte également l'inconvénient qu'il n'est pas tou- jours et en toutes conditions, en situation d'être employé au mo- ment voulu. Cet inconvénient est évité conformément à l'invention, du fait que le régulateur normal 18, fixé sur la machine à souder, est amovible et établi comme régulateur à distance. De cette façon, on réalise les conditions les plus simples et les plus opportunes, car la machine est toujours prête à fonctionner pour le réglage à distance et ne peut être réglée, dans tout le champ de réglage du courant de soudure, qu'à partir du poste de travail.
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Comme, ainsi que déjà mentionné, le flux dans les pôles principaux doit, en cas de court-circuit brusque, être lentement ramené, pour être transitoirement plus petit que dans l'état final stationnaire, il est recommandable d'y appliquer des enroulements en court-circuit, ou bien de fermer sur eux-mêmes en cet endroit des enroulements déconnectés en service. Ainsi on peut, par exemple, conformément à l'invention, pour celles des conditions ou situation de réglage nour lesquelles l'enroulement d'excitation 13 est déconnecté, mettre ce dernier en court-circuit à l'aide du régulateur 18. D'une manière analogue, l'enroulement de compensation 16 peut également, lors des plue forts courants, être mis en court-circuit.
On peut obtenir un élargissement du champ de réglage, du fait que l'enroulement de compensation est inversé dans la direction du courant. Lorsque le courant le plus réduit réalisable n'est pas suffisamment petit, ou bien que la caractéristique statique n'est plus suffisamment raide, la champ de réglage peut être élargi de cette façon que les enroule- ments shunts 12,14, renforçant la réaction d'induit, sont montés sur les pôles transversaux. Ces enroulements ne sont naturellement à calculer que pour de petits ,courants correspondants.
Ces enroulements peuvent aussi n'être logés que sur des pôles transversaux d'une seule polarité, grâce à quoi ces enroulements, en particulier dans les plus petits réglages, peuvent, en raison de l'excitation asymétrique, procurer des qualités plus avantageuses,
Les réglages précédemment décrits sont des réglages purement électromagnétiques, du fait que, par réglage électrique, les qualités magnétiques de la machine sont modifiées de la manière désirée. Il est toutefois possible, sans plus, d'obtenir des modifications magné- tiques désirées par voie mécanique, et de régler de ce fait le champ du courant, sous condition de réaliser également une combinaison des deux systèmes.
On peut par exemple, d'une manière connue an soi, modifier la section des pôles, ou bien l'entrefer dans les pôles 9, 10, par introduction ou retrait de noyaux, ce qui procure deux possi - bilités de réglage électrique simples, ajustables, notamment la con- nection ou déconnection de l'enroulement 13, de sorte que la résistan ce 18 est remplacée par un petit commutateur ou conjoncteur.
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Pour, par excitation asymétrique, procurer une action de réglage aussi grande que possible, il peut être avantageux d'établir diffé- rentes les résistances magnétiques entre les pôles individuels et l'induit, en particulier d'établir plus petit l'entrefer 22 entre le pôle fendu principal de deuxième polarité et l'induit que celui,24, entre l'induit et le pôle fendu principal de première polarité . Pour les mêmes raisons, il convient d'établir les entrefers --23,25 -- en- tre les pôles fendus transversaux et l'induit ou les pôles et la cu- lasse -- 50,57 -- plus grands que celui,22, entre le pôle fendu prin- et l'induit cipal de deuxième polarité mais toutefois plus petit que celui,24, entre le pôle fendu principal de première polarité et l'induit.
En ce qui concerne la compacité de construction, il est en outre recommandable de n'employer qu'un pôle auxiliaire pour chaque 4 pales fendus, et sous condition d'établir la distance entre pôles plus gran de où le courant de travail commute que l'intervalle entre pôles dans lequel le courant d'excitation commute. Pour disposer d'un emplace- ment suffisant pour l'enroulement des pôles auxiliaires, il convient de plus d'espacer les fûts ou tiges des pôles flanquant le pôle considéré, comme il est représenté dans la fig.l.
Comme également dans l'état de court-circuit, en tenant compte que la force électromotrice induite n'est jamais nulle, les flux des pôles fendus principaux sont plus importants que les flux des pôles fendue transversaux et qu'aussi l'état de court-circuit ne perdure pas, il peut être avantageux d'établir l'arc polaire des pôles fendus principaux plus grand que celui des pôles fendus transversaux, en particulier que celui du pôle fendu transversal 10.
Une économie supplémentaire de matière est réalisée de cette façon que la section de l'enveloppe ou culasse n'est pas constante, mais réduite entre les pôles fendus de même polarité, en même temps que des ouvertures apprc priées 30 pour les traversées de courant sont prévues en ces endroits
Conformément à l'invention, la construction sous forme de machine mobile la plus courante est réalisée de cette façon que des essieux des roues et les ressorts en lames de suspension 29 sont agencés de manière à former une partie du trajet magnétique, de sorte que l'en- veloppe ou culasse peut, en ces endroits, être affaiblie ou réduite d'une manière correspondante,
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PROCESS FOR ADJUSTING THE SHORT-CIRCUIT CURRENTS AND SERVICING DIRECT CURRENT GENERATORS, IN PARTICULAR FOR ARC WELDING, AND GENERATOR FOR IMPLEMENTING THE PROCESS
The object of the invention is a method for regulating the operating current of a direct current generator, in particular for arc welding, as well as a direct current generator for carrying out the method. .
As this adjustment has particular advantages for welding machines, in order to make them stand out better compared to previous solutions, this adjustment will be defined or detailed in relation to a few illustrations of the advantages of the invention.
In order to be able to better shed light on these advantages with respect to prior solutions, the conditions which machines of this type must comply with and the prior state of the art will be briefly indicated below.
In welding machines, the following requirements were previously presented; good weld qualities, as well as
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good dynamic qualities, ie: no voltage peaks during a sudden short-circuit or rapid drop in voltage due to the opening of the short-circuit, wide range of adjustment, remote adjustment, economical operation , low weight.
The most important condition or quality, namely that the generator does not compact, with respect to the welding current, a very high short-circuit current, and either static or dynamic, implies a special construction of these machines. .
The aforementioned condition or quality must be ensured over the whole extent of the adjustment field, so that fragile as well as strong objects or electrodes can be welded. Remote adjustment is therefore important, as this gives the assurance that the operator will always weld with the correct current. For the same reasons, the current should as much as possible be susceptible to great finesse of adjustment.
Economical operation is possible when a flawless weld is produced in all positions, and therefore the machine has good welding qualities, is remotely adjustable and has only low losses both in load and vacuum, It is then possible to carry out an easy, fast and fault-free weld in as short a time and with the lowest possible energy consumption.
A whole series of solutions has already been proposed to these problems, which constantly however satisfy only part of the conditions or requirements defined above.
According to a group of solutions, normal direct current machines, with independent or own excitation, and more or less anti-compound windings well coupled on main or auxiliary poles, or in the armature, are used. Fully satisfactory coupling, which is necessary for good dynamic qualities, however, requires special coupled transformers which are expensive and heavy and which reduce the useful effect.
In addition, these machines require special exciters or rectifiers with transformers, or appendages of windings - of the rotating field motor driving the generator -, this
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which is also expensive and complicated. At the same time, the interested turns of the asynchronous motor are additionally loaded, so that operational safety suffers. For these reasons, this group of solutions cannot, as can be seen, be regarded as satisfactory.
A second group of solutions uses specially constructed direct current machines, known as transverse field machines. These machines do not require exciters, as they are usually excited in series. However, they have some serious drawbacks. Thus, during a sudden short-circuit, the final value is most often greatly exceeded.
Particularly for low welding currents, welding is particularly difficult, because the current, during the passage of drops, has a strongly variable shape and thus the welding current often drops to such a low value that the arc stops passing. Ignition is also difficult because the stationary short-circuit current is so small that, by breaking it, due to the low dynamic resistance, not enough dynamic reserve voltage remains available.
An additional drawback is the unusually expensive construction, due to the special pole construction, #which it is difficult to arrange # auxiliary poles, the special shell or cylinder head construction in thin or weak sheets, the difficulty remote setting and insufficient pole safety.
As a result, it has hitherto been necessary to provide small windings with independent excitation or self-excitation, supplied by an exciter or from the network via rectifiers, with the drawbacks already mentioned, in dreary time that one had to provide more or less complicated devices such that the no-load voltage does not increase as much, consisting either of an additional self-destructing winding, or of a special conformation of the outlet or part in. - air and the air gap, thus further complicating the construction.
Another drawback is the excitation of the armature using high value currents, which require at least two groups
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short-circuited excitation brushes, further increasing the losses at the collector and in the armature as well as in any case in the parts which are most influenced by the currents and voltages of large values here in question . In order to improve the dynamic qualities, a series of measures have been proposed which complicate and increase the cost of constructing such machines, such as, for example, coupled transformers, increasing the resistance by the arrangement. special windings of greater resistance for a lower current, possibly in series with resistors.
In the current state of the art, cross-field machines cannot therefore be marked as suitable.
A third group of solutions, which is also of interest to the invention, is represented by machines known as split or divided poles, in which some or all of the poles are divided into partial poles, at the same time as by brushes of Special excitation the same armature takes different voltages, used for powering the excitation windings.
it is known to supply all the poles, or all the poles of the same kind - either all the split poles upstream or downstream - with the aid of voltages which are taken from a main brush and from an auxiliary brush, these voltages thus remaining constant or else, depending on the construction and the saturation, increasing or decreasing somewhat
It is also known to supply these blades with the aid of additional windings which are either connected to the potential difference at the terminals, or to brushes the voltage of which increases with the current, or else are crossed by the working current itself.
The adjustment is carried out in various ways: it is already known how to introduce a resistance in one or all of the excitation circuits; the offset of the brushes and in particular the offset of the excitation brushes alone or of the main and excitation brushes, and the modification of an air gap in the poles. It is also known to take the excitation voltage from an adjustable potentiometer connected to two brushes; It is also known, for the purpose of adjustment, to provide the series excited windings with appendages.
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The main difficulty in these machines lies in simultaneously obtaining good welding and adjustment qualities. In themselves, these qualities are particularly difficult to combine. The main split poles, that is to say the downstream split poles, are in particular most often established saturated and cannot therefore be adjusted, and the upstream split poles, called transverse split poles, must not, for possess good dynamic qualities, carry no winding with shunt or independent excitation.
All the solutions which go against this imply poor dynamic qualities, except when they involve coupled transformers or coupled windings, which is concomitant with the drawbacks already indicated.
For this reason, we could not retain, in these machines, only the proposals which use, on the transverse poles, only series windings and which are regulated by means of appendages, which, for high currents, is complicated, expensive, and not suitable for remote control. Furthermore, the adjustment is only approximate or coarse, as the windings have only a small number of turns.
For this reason an attempt has been made to transfer the adjustment to the main split poles, which must at the same time be provided with compensating windings. Such an adjustment has the disadvantage that the machine cannot be adjusted in such a way. stable within extended limits, or that the established current is largely dependent on the temperature rise of the machine, which is very inconvenient. The brush offset has the drawback of a difficult arrangement of auxiliary poles which must either be very wide or else offset with the brushes. In addition, this setting is not suitable for remote control.
A construction is also known in which only part of the pole is produced in the form of a split pole. A disadvantage of this proposal is that the armature winding must be strung in such a way that on part of the circumference of the armature no electromotive force can be induced.
The armature is therefore misused, in particular for example on
2/3 only, and must therefore be greatly enlarged. To reduce as far as possible the coupling in opposition of windings
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shunt and series, the two windings are here arranged on different poles. So that, this being, the vacuum flow follows the desired path, we must, on the root of one of the split poles, provide an air gap, such that the vacuum flow flows mainly through the other split pole at smaller air gap.
As during a short-circuit the largest portion of the flux, i.e. substantially the sum of the two remaining poles must pass through the split pole having a large air gap at its root, a relatively large number of ampere turns are in this case necessary. In addition, since the induction between the pole piece and the armature under this pole is notably greater than that under the two remaining poles, the useful effect of the machine is further reduced.
These machines are therefore comparatively large and heavy and also require relatively large copper expenditure and copper loss.
The invention overcomes all the defined drawbacks and, despite its crossed lines of force, provides partial force flow, both empty and under load, a resulting distribution of flow which guarantees as good dynamic qualities as a perfect coupling. series and shunt windings of machines with independent excitation.
The embodiment of the invention will be described below with reference to an exemplary embodiment of a two-pole machine which is shown in FIG. Of course the machine could also be executed with 2 poles.
1 designates the armature which carries a practically unstrung bi-polar continuous winding.
The winding is connected to a collector, not shown, so that the brushes have been shown as rubbing directly on the armature
2, 4 denote the main brushes; 3.5 auxiliary brushes
The casing or yoke 6 carries the two main poles 7, 9 and the two transverse poles 8, 10.
To avoid an unfavorable antagonistic induction, M, between the shunt excitation - 11,13 - of the main poles and the anti-compound series windings - 12,14 -, no windings are provided. shunt excitation on cross poles 8,10,
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According to the invention, the adjustment of the intensity of the operating current is carried out in such a way that the magnetic flux of ± main split poles of one polarity - for example 9 - is set at no-load within wide limits, for example from zero or negative values one to # positive maximum, while the magnitude of the magnetic flux of the main split poles of opposite polarity - 7 -, at no load,
remains constant or varies little with respect to the variations of the magnetic flux of the first 2 main split poles, at the same time that, depending on the setting, the set value of the flux of the 2 main split poles of the two polarities remains constant or varies little with the magnitude of the current under load.
This adjustment offers a series of advantages over known embodiments. By setting, to the maximum value of the operating current, the two main split poles are completely energized, so that no load flows through the transverse poles 8,
10. This flux would not induce anything between the brushes 2, 4 and must therefore be considered as a dispersion flux. As a result, the dimensions of the machine are only increased as in the known embodiments with an odd number of poles, where this dispersion flux must be combated by providing large air gaps, and in which to cross these air gaps in operation , a large number of ampere-turns are required.
By the arrangement of the invention, large air gaps are not necessary under the poles 8,10, because these poles, by symmetrical excitation, are in an equivotential plane, so that there is no line of force such as
27, 28. The use of ampere-turns is thereby reduced both for energizing the no-load flow and the cross-flow as well, so that the loss and consumption of copper is also reduced.
As the transverse poles do not have any shunt winding, the no-load flow can, without delay of the working current, be proportionally pushed back into the transverse poles, since it is not smothered by a closed circuit, whereby the distribution of voltages induced in the armature is carried out according to fig. 2.
In fig. 2. E32, E54, E43, E25, E42 represent the tenais
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between brushes of the same designation. On the other hand, an increase in the flux occurs in the direct current induced in the windings 11 and 13, which is very favorable, because of this fact, temporarily, the voltage E23 of the armature, induced in part 2-3 ( fig. 2), is smaller than that in the final stationary state, so that the anti-compound E43 action is relatively greater.
This means that the static final value of the short-circuit current, despite the damping action of the parasitic currents, is established aperiodically without exceeding the final value, since the result of the voltage E 42 driving the current is transiently smaller than in the final stationary state, as it is not difficult to notice in Figures 2a - 2d.
By setting the operating and short-circuit current to smaller values, the excitation of the main split pole 9 decreases. For example, the case where the excitation is interrupted is considered. In this case, the excitation is asymmetric, the transverse roles 8, 10 are no longer in an equipotential plane and a more or less important flux passes through these poles - lines of force 27,28, fig.l, summarily shown again in fig. 3 - which does not contribute to the no-load voltage E42, because these flows induce in one and the same coil of the armature conductor, voltages which cancel each other out. However, this dispersion flux contributes to an important extent so that, despite the lowering of the no-load voltage, the saturation of pole 7 does not fall to nominal value,
so that stable operation is also possible by self-excitation.
According to the invention, the excitation windings of the blade 7 which conduct more or less constant flows are, for this reason, excited by the brushes 2, 3 flanking this blade. As the armature reaction tends to reinforce the excitation of the poles 7,9, a compensation winding 16 is provided, at least on pole 9, because the flux of pole 7, due to its saturation, which can be further increased by providing for constrictions 16, cannot in any case take much.
Under load, for a given current, to which the characteristic approximates, for example half-voltage at no-load, a loss occurs.
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flow, as shown in fig. 4. The major portion of the vacuum flux from pole 7 is deflected in pole 8, while part of the lines of force, which, when empty, passed from 7 to 9, are replaced by those going from 10 to 9. As the flux in 9 has not changed, again we should not expect a current surge in the event of a sudden short-circuit, especially as the variation of the flux in 10, or in portions of the casing or yoke 6, does not introduce, except for parasitic currents, any damping current in the windings which are good conductors.
The parasitic currents can be attenuated in a known manner, by lamination of the parts conducting the flow or by small thicknesses of the walls of the casing or yoke 6. An additional improvement in dynamic behavior is achieved, in accordance with the invention, in this way that, by correct determination of the saturation or of the number of turns of the compensating winding 16, at an increasing operating or speed current, is also linked a more or less large increase of the fluxes 7 and 9 in the steady state.
As already stated, a sudden increase in the fluxes of the main split poles is not possible due to the damping action of the shunt windings 11,13, so that the harmful action of the parasitic currents of the poles of transverse flow and casing or cylinder head is prevented. It is thus also possible in machines with split poles, without coupling of self-excitation and counter-excitation, to obtain perfect dynamic qualities.
The adjustment of the no-load flux, therefore the adjustment of the no-load voltage is, according to the invention, ensured in this way that the excitation winding of the main split pole of the second polarity, of which the no-load flux does not is not generally modified or at least is only slightly modified relative to the variation of the flux of the main split pole of first polarity forms an independent excitation circuit, which is supplied by the electric brushes - 2 and 3 or 5 and 4 - flanking the main split pole with an armature voltage proportional to the difference of the fluxes of the main split poles of polarities 1 and 2, while the excitation winding of the main split pole of polarity 1, whose flow, for modifications
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empty service values,
is adjustable within wide limits, for example from zero or negative values up to a weighing maximum, is powered either by the same brushes, 2 and 3 or 5 and 4, flanking the main split pole, or by the brushes 3 and 5 flanking the main and transverse split poles of the same denomination with an armature voltage increasing strongly with the load.
Feeding the excitation windings of the main split pole 9 with an armature voltage increasing with the load has the advantage that, by a correct choice of the compensating winding, static characteristics are obtained. steeper for smaller currents, where this excitation weakens or is interrupted, than for stronger currents, whereby the control field is widened. The welding qualities are, as already indicated, also improved by this indirect oompoundage.
The adjustment can, of course, be carried out by adjusting the two excitation windings. However, it has been indicated that it suffices to adjust only the winding 13, and to connect the pole 11 to the brushes, directly or by means of a non-adjustable resistor 17, as shown in fig.l. It may be advantageous to make resistor 17 strongly positive current dependent. Previously, it was most often customary for remote control to use a special regulator. This has the drawback, however, that the current can not only be adjusted by the operator at the welding station, but also by an unauthorized hand from the welding machine.
A special regulator also has the drawback that it is not always and under all conditions in a position to be used at the desired time. This drawback is avoided according to the invention, because the normal regulator 18, fixed on the welding machine, is removable and established as a remote regulator. In this way, the simplest and most opportune conditions are achieved, since the machine is always ready to operate for remote adjustment and can only be adjusted, in the whole welding current adjustment field, from of the workstation.
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As, as already mentioned, the flux in the main poles must, in the event of a sudden short-circuit, be slowly reduced, to be transiently smaller than in the final stationary state, it is advisable to apply windings in short-circuit, or else to close on themselves in this place disconnected windings in service. Thus it is possible, for example, in accordance with the invention, for those of the conditions or adjustment situation under which the excitation winding 13 is disconnected, short-circuit the latter using the regulator 18. D ' in a similar way, the compensation winding 16 can also, during higher currents, be short-circuited.
A widening of the control field can be achieved because the compensating winding is reversed in the direction of the current. When the smallest achievable current is not small enough, or the static characteristic is no longer sufficiently steep, the adjustment field can be widened in this way as the shunt windings 12,14, strengthening the reaction armature, are mounted on the transverse poles. These windings are naturally to be calculated only for small, corresponding currents.
These windings can also be housed only on transverse poles of a single polarity, whereby these windings, especially in the smallest settings, can, due to the asymmetric excitation, provide more advantageous qualities,
The adjustments described above are purely electromagnetic adjustments, since, by electrical adjustment, the magnetic qualities of the machine are changed as desired. It is, however, possible, without further ado, to obtain the desired magnetic modifications mechanically, and thereby to regulate the current field, provided that a combination of the two systems is also produced.
One can for example, in a manner known per se, modify the section of the poles, or the air gap in the poles 9, 10, by introducing or removing cores, which provides two possibilities of simple electrical adjustment, adjustable, in particular the connection or disconnection of the winding 13, so that the resistor 18 is replaced by a small switch or contactor.
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In order, by asymmetric excitation, to provide as great a regulating action as possible, it may be advantageous to establish different magnetic resistances between the individual poles and the armature, in particular to make the air gap 22 between the main split pole of second polarity and the armature as that, 24, between the armature and the main split pole of first polarity. For the same reasons, the air gaps --23.25 - should be established between the transverse split poles and the armature or the poles and the yoke - 50.57 - larger than that, 22, between the main split pole and the cipal armature of second polarity but however smaller than that, 24, between the main split pole of first polarity and the armature.
With regard to the compactness of construction, it is furthermore advisable to use only one auxiliary pole for each 4 split blades, and on condition of establishing the distance between poles greater where the working current switches than l 'interval between poles in which the excitation current switches. In order to have sufficient space for the winding of the auxiliary poles, it is also necessary to space the barrels or rods from the poles flanking the pole in question, as shown in fig.l.
As also in the short-circuit state, taking into account that the induced electromotive force is never zero, the fluxes of the main split poles are greater than the fluxes of the transverse split poles and also the short state. -circuit does not last, it may be advantageous to establish the polar arc of the main split poles larger than that of the transverse split poles, in particular than that of the transverse split pole 10.
A further saving in material is achieved in this way that the section of the casing or yoke is not constant, but reduced between the split poles of the same polarity, at the same time that suitable openings for the current crossings are made. planned in these places
According to the invention, the most common mobile machine construction is carried out in such a way that axles of the wheels and the suspension leaf springs 29 are arranged so as to form part of the magnetic path, so that the the casing or yoke may in these places be weakened or reduced in a corresponding manner,