Appareil d'alimentation d'un circuit de soudure à l'arc en courant alternatif. La présente invention est relative à un appareil d'alimentation d'un circuit de sou dure à l'arc en courant alternatif.
Jusqu'à présent, pour alimenter les cir cuits de soudure à l'arc en courant alternatif, on s'est servi généralement de transforma teurs à forte dispersion donnant une caracté ristique en charge tombante, la force électro motrice du secondaire étant sinusoïdale.
La différence de potentiel à vide au se condaire était en général assez élevée et de l'ordre du 75 à 100 volts, tandis que la diffé rence de potentiel en charge tombait automa tiquement à 25-30 volts à cause des caracté ristiques spéciales de ces transformateurs.
Les transformateurs de soudure de ce genre présentaient un facteur de puissance de 0,25 à 0,35 par suite de l'effet de self induc tion provoquant la chute de tension en charge. Comme le rapport des tensions à vide et en charge était élevé (3 à 4) ainsi que la puis- sauce apparente du transformateur, l'utilisa tion de l'installation était très médiocre, Pour réduire ces inconvénients, on a ima giné notamment d'appliquer aux bornes de l'arc, outre la tension à basse fréquence ha bituelle, une tension à haute fréquence obte nue par exemple par la décharge d'un circuit oscillant. On connaît notamment des appa reils qui comportent un transformateur prin cipal pouvant débiter le courant de soudure, et un transformateur auxiliaire.
Ce dernier engendre un courant à haute fréquence et à haute tension qui est appliqué un très grand nombre de fois pendant la durée d'une alter nance de la tension principale.
Ces appareils offrent plusieurs inconvé nients: ils se dérèglent facilement s'ils res tent longtemps en service, l'isolement de leur circuit à haute fréquence est difficile à assu rer et l'ouvrier est exposé à être sérieusement brûlé par la tension à haute fréquence. La présente invention a pour but de remé dier dans une large mesure aux inconvénients des appareils ordinaires et à ceux des. circuits à haute fréquence.
A cet effet, l'appareil selon l'invention comporte des moyens développant entre l'é lectrode et la pièce à souder une différence de potentiel dont la courbe à vide présente, au début de chaque alternance seulement et pen dant une faible fraction du temps total de celle-ci, une pointe correspondant à la tension nécessaire et suffisante pour produire l'amor çage de l'arc et ensuite, pendant tout le reste de l'alternance, une valeur correspondant à la différence de potentiel nécessaire et suffi sante pour entretenir l'arc supposé amorcé.
Dans le cas où l'appareil comporte au moins un transformateur, dit principal, capa ble de développer à vide une différence de potentiel nécessaire et suffisante pour entre tenir l'arc supposé amorcé, couplé à au moins un transformateur dit auxiliaire, capable de développer à vide une différence de potentiel nécessaire et suffisante pour amorcer l'arc, le transformateur nommé en deuxième lieu est réalisé de façon à produire, pour chaque alternance de la tension principale, une seule pointe de tension, ce transformateur étant en outre couplé avec celui nommé en premier lieu,
avec un déphasage des forces électromo trices tel que la pointe de tension servant à l'amorçage de l'arc se présente au début de l'alternance de la tension nécessaire et suffi sante pour maintenir l'arc supposé amorcé.
Suivant une forme d'exécution avanta geuse, le transformateur dit principal est connecté en série avec le transformateur dit auxiliaire, avec un déphasage tel que les for ces électromotrices s'ajoutent et que la pointe de tension servant à l'amorçage de l'arc se présente au début de l'alternance nécessaire et suffisante pour entretenir l'arc supposé amorcé.
Lorsqu'il s'agit d'alimenter un circuit de soudure à l'arc à partir d'une source de cou rant triphasé, au moyen d'un appareil com portant deux transformateurs dont l'un, dé nommé transformateur principal, est capable de développer à vide dans son secondaire une différence de potentiel nécessaire et suffi sante pour entretenir l'arc supposé amorcé et dont l'autre, dénommé transformateur auxi liaire, est capable de développer à vide dans son secondaire une pointe de tension néces saire et suffisante pour amorcer l'arc;
suivant une forme d'exécution particulière, le pri maire du transformateur auxiliaire est ali menté par la phase à 120 électriques en avance par rapport à la phase qui alimente le primaire du transformateur principal, et les secondaires des deux transformateurs sont connectés en série, de façon que leurs forces électromotrices s'ajoutent.
Suivant une variante, le transformateur principal et le transformateur auxiliaire sont des transformateurs monophasés dont les deux primaires sont raccordés en V aux bor nes du réseau d'alimentation supposé tri phasé.
Suivant une autre variante, utilisée de préférence à la précédente, le transformateur principal est un transformateur triphasé- monophasé dont le primaire est raccordé en V aux bornes du réseau, tandis que le transfor mateur auxiliaire est un transformateur mo nophasé dont le primaire est raccordé aux bornes qui se trouvent aux extrémités du<B>V.</B>
Ce dernier mode de couplage offre l'a vantage d'améliorer l'équilibrage des phases du réseau. En effet, le primaire du transfor mateur auxiliaire forme la troisième phase qui n'existe qu'à l'état virtuel dans le cas or dinaire du branchement en V. Les trois cou rants de ligne peuvent ainsi être dans le rap port 0,8-1-0,8, alors que pour les transfor mateurs triphasés-monophasés ordinaires, on n'atteint que 0,5-1-0,5.
Le dessin annexé représente schématique ment, et à titre d'exemple seulement, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre le schéma d'un appareil qui comporte deux transformateurs monopha sés dont les primaires sont raccordés en V aux bornes d'un réseau d'alimentation triphasé; Les fig. 2, 3 et 4 représentent, sous forme de courbes, la tension engendrée à vide pen- dant une alternance de la source d'alimenta tion, respectivement aux bornes du secondaire du transformateur principal, aux bornes du secondaire du transformateur auxiliaire et entre l'électrode et la pièce à souder; La fi-. 5 montre schématiquement une forme d'exécution du transformateur auxi liaire;
La fig. 6 donne le schéma d'un appareil et qui comporte un transformateur principal, triphasé-monophasé dont le primaire est rac cordé en V aux bornes d'un réseau triphasé, avec un transformateur auxiliaire monophasé dont le primaire est raccordé aux bornes qui se trouvent aux extrémités du V.
Dans ces diverses figures, les mêmes nota tions désignent des éléments identiques. Soient (fig. 1) 1, 2, 3, les trois fils de dis tribution d'un réseau triphasé dans le sens de rotation des phases est<B>1-2,</B> 2-3, 3-1. Le primaire 4a d'un transformateur monophasé 4, dénommé ci-après transformateur auxi liaire. est branché sur la phase<B>1-2)</B> qui est donc à 1\30 électriques en avance sur la phase 2-3. La puissance de ce transforma teur auxiliaire est relativement faible, par exemple de l'ordre de 30 à 40 % de la puis sance du transformateur principal dont il va être question, ces chiffres étant donnés à. titre purement indicatif.
Le primaire 5a. d'un transformateur mo nophasé 5, dénommé ci-après transformateur principal, est branché sur la phase 2-3 qui est donc à 120 électriques en retard sur la phase 1-2. Les primaires des deux transfor mateurs sont donc raccordés en V. Le trans formateur principal 5 est un transformateur ordinaire pour la, soudure à l'arc, mais il est construit de façon à ne développer à vide que la tension nécessaire et suffisante à l'entretien de l'arc. A vide, la tension résultante des deux transformateurs est, par exemple, de 45 à, 55 volts. La tension d'amorçage peut valoir, par exemple, de 2 à 2,5 fois la force électro motrice lue au voltmètre.
Ce transformateur 5 est, comme tous les transformateurs ordinaires de soudure, un transformateur à caractéristique en charge tombante. La différence de potentiel que les deux transformateurs maintiennent en charge aux bornes de l'arc est d'environ 25 volts.
La courbe représentant la différence de potentiel engendrée à vide dans le secondaire 5b est, par exemple, du genre de celle repré sentée en 10 à la fig. 2. Cette courbe doit se rapprocher autant que possible d'une sinu soïde.
Le transformateur auxiliaire 4 est un transformateur ordinaire à deux noyaux et à deux culasses (fig. 5), dont le noyau 12 du secondaire est construit de façon à être rapi dement saturé sous l'influence du flux émis par le primaire. A cet effet, ce noyau est, par exemple, réalisé -en un métal magnétique à haute perméabilité tel que le permalloy. On réalise de cette façon la transformation de l'onde primaire sinusoïdale en une onde se condaire de forme pointue.
On peut également réaliser le transforma teur auxiliaire de toute autre manière connue permettant d'obtenir la saturation d'un des noyaux.
La courbe représentant la différence de potentiel engendrée à vide dans le secondaire du transformateur auxiliaire est, par exemple, du genre de la courbe 22 de la fig. 3.
L'enroulement secondaire 5b du transfor mateur principal est connecté en série avec l'enroulement secondaire 4b du transforma teur auxiliaire dans le circuit de soudure com prenant l'électrode 8 et la pièce à souder 9 (fig. 1). Cette connexion est faite de façon que les forces électromotrices engendrées s'ajou tent. L'enroulement secondaire 4b doit évi demment être réalisé de façon à pouvoir être traversé sans inconvénient par le courant de soudure. Ce dernier peut être réglé par un or gane de réglage quelconque, par exemple par une bobine de self-induction 23 munie de prises 24 au contact desquelles on peut ame ner la fiche 25.
Grâce au fait que le transformateur auxi liaire est alimenté par la phase à 120' élec trique en avance sur la phase qui alimente le transformateur principal, on obtient une courbe de tension à vide du genre de celle re- présentée par la courbe 14 de la fig. 4, qui montre que la pointe de tension se produit au début de l'alternance. Cette courbe est un agrandissement d'un enregistrement par os cillographe.
Il est à remarquer que du fait du déphasage et de la différence des facteurs de forme des courbes des fig. 2 et 3, les ten sions secondaires des deux transformateurs ne s'ajoutent pas arithmétiquement et que celles- ci doivent se trouver dans un certain rapport, afin de donner comme onde résultante une courbe telle que 14.
En pratique, on a avantage à employer comme transformateur principal un transfor mateur triphasé-monophasé dont l'enroule ment primaire est raccordé en V aux bornes du réseau et comme transformateur auxi liaire un transformateur monophasé dont le primaire est raccordé aux extrémités du V.
Un appareil de ce genre est représenté à la fig. 6. Les phases 1-2 et 2-3 alimentent le primaire en V 5'a du transformateur prin cipal 5'. La phase 3-1 alimente le primaire 4a du transformateur auxiliaire 4. Les deux primaires sont donc raccordés en triangle au réseau. Les secondaires 5'b et 4b restent con nectés en série dans le circuit de soudure et de telle sorte que leurs forces électromotrices s'ajoutent. On réalise de cette façon une meilleure répartition des charges sur les trois phases du réseau par rapport aux trausfor- mateurs d'alimentation triphasé-monophasé ordinaires pour lesquels les courants dans les trois phases sont dans le rapport 0,5-1-0,5.
Outre la facilité d'amorcer l'arc et de le maintenir stable, même à basse tension, l'ap pareil décrit donne lieu à une grande écono mie sur la puissance installée, par rapport aux transformateurs de soudure ordinaires, et il améliore considérablement le facteur de puissance de l'installation.
. Il n'est d'ailleurs pas indispensable d'em ployer le mode de couplage qui vient d'être décrit. Par exemple, les secondaires du trans formateur principal et du transformateur auxiliaire pourraient être connectés en paral lèle au lieu de l'être en série, sous réserve de réduire ou de supprimer les courants d'échange entre les deux transformateurs.
Le couplage des secondaires pourrait aussi se faire par un des moyens connus et en usage dans la technique des courants alternatifs, par exemple inductivement.
Enfin, remarquons également que l'appa reil décrit pourrait être alimenté en partant d'un autre courant alternatif que du courant triphasé à condition que le déphasage entre le courant d'alimentation du transformateur auxiliaire et celui du transformateur princi pal, soit tel que la pointe de tension engen drée dans le secondaire du transformateur auxiliaire se produise au début de l'alter nance engendrée dans le secondaire du trans formateur principal.
Device for supplying an alternating current arc welding circuit. The present invention relates to an apparatus for supplying a circuit of hard solder with an alternating current arc.
Until now, to supply arc welding circuits with alternating current, we have generally used high-dispersion transformers giving a falling load characteristic, the electro-motive force of the secondary being sinusoidal.
The difference in no-load potential in the second phase was generally quite high and of the order of 75 to 100 volts, while the difference in potential in charge fell automatically to 25-30 volts due to the special characteristics of these. transformers.
Welding transformers of this kind exhibited a power factor of 0.25 to 0.35 due to the self-inducing effect causing the voltage drop under load. As the ratio of the no-load and on-load voltages was high (3 to 4) as well as the apparent power of the transformer, the use of the installation was very poor. To reduce these drawbacks, it was particularly ima gined to 'apply to the terminals of the arc, in addition to the usual low frequency voltage, a high frequency voltage obtained for example by the discharge of an oscillating circuit. In particular, devices are known which include a main transformer capable of delivering the welding current, and an auxiliary transformer.
The latter generates a high frequency and high voltage current which is applied a very large number of times during the duration of an alternation of the main voltage.
These devices have several drawbacks: they are easily out of order if they remain in service for a long time, the isolation of their high frequency circuit is difficult to ensure and the worker is exposed to be seriously burned by the high frequency voltage. . The present invention aims to remedy to a large extent the drawbacks of ordinary devices and those of. high frequency circuits.
To this end, the apparatus according to the invention comprises means developing between the electrode and the part to be welded a potential difference whose no-load curve presents, at the start of each alternation only and for a small fraction of the time. total of this, a point corresponding to the voltage necessary and sufficient to produce the ignition of the arc and then, throughout the remainder of the halfwave, a value corresponding to the potential difference necessary and sufficient to maintain the arc assumed to have started.
In the event that the device includes at least one so-called main transformer, capable of developing at no-load a potential difference necessary and sufficient to maintain the arc assumed to have started, coupled to at least one so-called auxiliary transformer, capable of developing at no load a potential difference necessary and sufficient to strike the arc, the transformer named second is made so as to produce, for each half-wave of the main voltage, a single voltage peak, this transformer being furthermore coupled with that named first,
with a phase shift of the electromotive forces such that the voltage peak serving for starting the arc occurs at the start of the alternation of the voltage necessary and sufficient to maintain the arc assumed to be initiated.
According to an advantageous embodiment, the so-called main transformer is connected in series with the so-called auxiliary transformer, with a phase shift such that the forces of these electromotors are added and that the voltage peak used for starting the arc. occurs at the start of the alternation necessary and sufficient to maintain the arc assumed to have started.
When it comes to supplying an arc welding circuit from a three-phase current source, by means of a device comprising two transformers, one of which, called the main transformer, is capable of develop at no-load in its secondary a potential difference necessary and sufficient to maintain the arc assumed to have started and of which the other, called the auxiliary transformer, is capable of developing at no-load in its secondary a necessary and sufficient voltage peak to strike the arc;
according to a particular embodiment, the primary of the auxiliary transformer is supplied by the 120 electric phase ahead of the phase which supplies the primary of the main transformer, and the secondaries of the two transformers are connected in series, thus way that their electromotive forces add up.
According to one variant, the main transformer and the auxiliary transformer are single-phase transformers, the two primaries of which are connected in V to the terminals of the supposedly three-phase power supply network.
According to another variant, used in preference to the previous one, the main transformer is a three-phase-single-phase transformer whose primary is connected in V to the terminals of the network, while the auxiliary transformer is a single-phase transformer whose primary is connected to the mains. terminals located at the ends of the <B> V. </B>
This last coupling mode offers the advantage of improving the phase balancing of the network. In fact, the primary of the auxiliary transformer forms the third phase which only exists in the virtual state in the ordinary case of the V connection. The three line currents can thus be in the ratio 0.8 -1-0.8, whereas for ordinary three-phase-single-phase transformers, it is only 0.5-1-0.5.
The appended drawing represents schematically, and by way of example only, two embodiments of the object of the invention.
Fig. 1 shows the diagram of a device which comprises two single-phase transformers whose primaries are connected in V to the terminals of a three-phase supply network; Figs. 2, 3 and 4 represent, in the form of curves, the voltage generated at no-load during an alternation of the power source, respectively at the terminals of the secondary of the main transformer, at the terminals of the secondary of the auxiliary transformer and between the electrode and workpiece; The fi-. 5 schematically shows an embodiment of the auxiliary transformer;
Fig. 6 gives the diagram of a device which comprises a main transformer, three-phase-single-phase whose primary is connected in V to the terminals of a three-phase network, with a single-phase auxiliary transformer whose primary is connected to the terminals located at the ends of V.
In these various figures, the same notations designate identical elements. Let (fig. 1) 1, 2, 3, be the three distribution wires of a three-phase network in the direction of phase rotation is <B> 1-2, </B> 2-3, 3-1. The primary 4a of a single-phase transformer 4, hereinafter referred to as an auxiliary transformer. is connected to phase <B> 1-2) </B> which is therefore 1 \ 30 electric ahead of phase 2-3. The power of this auxiliary transformer is relatively low, for example of the order of 30 to 40% of the power of the main transformer which will be discussed, these figures being given at. purely indicative.
Primary 5a. a single-phase transformer 5, hereinafter referred to as the main transformer, is connected to phase 2-3 which is therefore 120 electrics lagging behind phase 1-2. The primaries of the two transformers are therefore connected in V. The main transformer 5 is an ordinary transformer for arc welding, but it is constructed in such a way as to develop at no load only the voltage necessary and sufficient for the arc welding. arch maintenance. No-load, the resulting voltage of the two transformers is, for example, 45 to .55 volts. The starting voltage can be, for example, from 2 to 2.5 times the electro-motive force read on the voltmeter.
This transformer 5 is, like all ordinary welding transformers, a transformer with a falling load characteristic. The potential difference that the two transformers maintain on charge across the arc is about 25 volts.
The curve representing the potential difference generated at no-load in the secondary 5b is, for example, of the type shown at 10 in FIG. 2. This curve should get as close as possible to a sine wave.
The auxiliary transformer 4 is an ordinary transformer with two cores and two yokes (fig. 5), the core 12 of the secondary of which is constructed so as to be rapidly saturated under the influence of the flux emitted by the primary. For this purpose, this core is, for example, made of a magnetic metal with high permeability such as permalloy. In this way, the transformation of the primary sinusoidal wave into a condensed wave of pointed form is achieved.
The auxiliary transformer can also be produced in any other known manner making it possible to obtain the saturation of one of the cores.
The curve representing the potential difference generated at no-load in the secondary of the auxiliary transformer is, for example, of the type of curve 22 of FIG. 3.
The secondary winding 5b of the main transformer is connected in series with the secondary winding 4b of the auxiliary transformer in the welding circuit comprising the electrode 8 and the piece to be welded 9 (fig. 1). This connection is made in such a way that the generated electromotive forces are added. The secondary winding 4b must obviously be made so that it can be passed through without inconvenience by the welding current. The latter can be regulated by any adjustment device, for example by a self-induction coil 23 provided with sockets 24 in contact with which the plug 25 can be brought into contact.
By virtue of the fact that the auxiliary transformer is supplied by the 120 'electric phase in advance of the phase which supplies the main transformer, a no-load voltage curve is obtained of the kind represented by curve 14 of the diagram. fig. 4, which shows that the voltage peak occurs at the start of the alternation. This curve is an enlargement of a cillograph bone recording.
It should be noted that due to the phase shift and the difference in the shape factors of the curves of FIGS. 2 and 3, the secondary voltages of the two transformers do not add arithmetically and they must be in a certain ratio, in order to give as the resulting wave a curve such as 14.
In practice, it is advantageous to use as the main transformer a three-phase-single-phase transformer whose primary winding is connected in V to the terminals of the network and as an auxiliary transformer a single-phase transformer whose primary is connected to the ends of the V.
An apparatus of this type is shown in FIG. 6. Phases 1-2 and 2-3 supply the primary with V 5'a of the main transformer 5 '. Phase 3-1 supplies primary 4a of auxiliary transformer 4. The two primaries are therefore connected in delta to the network. The secondaries 5'b and 4b remain connected in series in the soldering circuit and in such a way that their electromotive forces are added. In this way, a better distribution of the loads is achieved on the three phases of the network compared to ordinary three-phase-single-phase power transformers for which the currents in the three phases are in the ratio 0.5-1-0.5 .
Besides the ease of starting the arc and keeping it stable, even at low voltage, the apparatus described gives rise to a great saving on the installed power, compared to ordinary welding transformers, and it considerably improves the power factor of the installation.
. Moreover, it is not essential to employ the coupling mode which has just been described. For example, the secondaries of the main transformer and the auxiliary transformer could be connected in parallel instead of being in series, subject to reducing or eliminating the exchange currents between the two transformers.
The coupling of the secondaries could also be done by one of the means known and in use in the technique of alternating currents, for example inductively.
Finally, note also that the apparatus described could be supplied starting from an alternating current other than three-phase current provided that the phase shift between the supply current of the auxiliary transformer and that of the main transformer, is such that the voltage surge generated in the secondary of the auxiliary transformer occurs at the start of the alternation generated in the secondary of the main transformer.