Procédé pour l'amorçage et le réglage d'un arc électrique et appareil pour la mise en ouvre de ce procédé. La présente invention comprend un pro cédé pour l'alimentation .et le réglage d'un arc électrique, ,et un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Cet appareil trouve plus particulièrement son application à un groupe de soudure ou à un projecteur de cinéma, en conciliant les exigences d'une ca ractéristique fortement hypocompound (né cessaire à la stabilisation de l'arc) et de la limitation du courant de court-circuit, avec celles d'un facteur de puissance élevé (per mettant une réduction de l'encombrement et une meilleure utilisation du secteur).
Ce ré sultat est obtenu sans avoir recours à des condensateurs, comme dans le cas d'un trans- formateur ou d'un redresseur statique, ou à des systèmes complexes d'enroulements, d'excitation anti-co@mpound, de troisième ba lai, etc., comme dans le cas d'une génératrice rotative.
L'artifice des condensateurs, outre qu'il est coûteux, présente en effet l'incon vénient de n'être véritablement efficace que si l'appareil auquel il est adjoint fonctionne sous une tension bien définie, ce qui n'est pas le cas pour l'alimentation des arcs, surtout des arcs de soudure, lesquels entraînent de brusques à-coups de courant. D'autre part, l'artifice des bobinages d'excitation multi ples et des balais supplémentaires conduit à la construction de génératrices très spéciales, également assez onéreuses.
La présente invention comprend un pro cédé pour l'amorçage et le réglage d'un arc électrique, caractérisé en ce que, avant l'amor çage de l'arc, on produit une force électro motrice supplémentaire qui s'additionne à une force électromotrice d'alimentation, la tension entre les électrodes de l'arc, avant l'amorçage de celui-ci, dépendant de la somme de ces deux forces électromotrices, tandis qu'après l'amorçage de l'arc on intro duit, dans le circuit où ladite force électro motrice d'alimentation -est ,appliquée, une réactance variable qui,
faible tant que l'in tensité dans l'arc et la tension à ses bornes sont normales, croît rapidement quand cette intensité augmente et que cette tension di minue.
L'invention comprend également un -appa reil pour la mise en ouvre du procédé. carac térisé en ce qu'il comprend un dispositif qui, avant l'amorçage de l'arc, fonctionne comme transformateur à vide, tandis qu'après l'amorçage il fonctionne comme bobine de self-inductance à prémagnétisation, en ce que ce dispositif comporte pour chaque phase au moins un enroulement principal à courant alternatif constamment en service, un enrou lement auxiliaire d'excitation à courant alter natif en service avant l'amorçage et un en roulement de prémagnétisation à courant continu en service lorsque l'arc est -amorcé et dans lequel Tes autres enroulements,
n'in duisent aucune force électromotrice et en ce que des moyens. sont prévus pour faire pas ser ce dispositif du fonctionnement en trans formateur à vide au fonctionnement en bo bine de self inductance à prémagnétisation, ce passage ayant lieu au moment de l'amor çage de l'arc.
Par le fait qu'en charge cet appareil pré sente une réactance X apparente variable, cette réactance étant faible en- régime nor mal (quand l'arc travaille sous 25 à 3'0 volts environs) et croissant rapidement à mesure que la tension de l'arc diminue pour atteindre son maximum en court-circuit quand les élec trodes viennent en contact, on obtient ainsi une limitation satisfaisante du courant de court ,circuit,
la valeur du facteur de puis sance n'étant faible qu'au voisinage du court- circuit.
On obtient également une très bonne sta bilisation de l'arc, car la chute de tension XI due au passage du courant I à travers la ré actance X est le produit de deux facteurs X et I -qui sont tous deux fonction croissante de I. La chute de tension croît donc beaucoup plus rapidement que -si X était constante.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'appareil permettant la mise en ouvre du procédé selon l'invention.
La fig. 1 représente la disposition géné rale du circuit magnétique et des bobinages d'une première forme d'exécution pour cou rant monophasé.
La fig. 2 représente le schéma complet d'un poste de soudure à l'arc alimenté en,cou- rant alternatif par un transformateur mono phasé.
La fig. 3 représente la disposition géné rale du. circuit magnétique et du bobinage d'une seconde forme d'exécution pour courant triphasé.
La fig. 4 représente le schéma complet d'un poste de soudure à l'arc alimenté en courant continu par un redresseur alimenté lui-même .avec du courant triphasé. La fig. 5 représente le schéma complet d'un poste de, soudure à l'arc alimenté en cou rant continu par une génératrice rotative; dans: cette forme d'exécution, l'appareil décrit ne- sert plus,, cette fois, à la commande -directe du débit dans l'arc, mais à sa commande indirecte en agissant sur le circuit d'excita tion -de la, génératrice.
La fig. 6 représente, lie schéma d'une forme d'exécution évitant l'emploi die contac teurs ou de relais.
Dans, les explications qui suivent, il est bien entendu que le circuit magnétique de l'ap pareil décrit et ses bobinages à courant alter natif et de prémagnétisation sont disposés de façon à satisfaire à la condition essentielle de toute self-inductance à enroulement -de pré- magnétisation, à savoir que le -courant alter natif traversant l'enroulement principal in duise une force électromotrice résultante (à la fréquence fondamentale) nulle d'ans les bobi nages constituant l'enroulement die prémagné- tisation. C'est la raison pour laquelle on a adopté,
dans les représentations schématiques des figures accompagnant le texte, une con vention d'après laquelle l'axe des enroule ments de prémagnétnsation est toujours per pendiculaire à celui -des enroulements parcou rus par du courant alternatif.
Sur la fg,. 1 on a représenté un circuit magnétique dont le noyau central 1 présente une section double die celle des noyaux laté raux 2 et 3. En réalité, ce circuit peut être constitué par deux circuits magnètiques iden tiques aceolàs l'un à l'autre ide part et d'autre d'un entrefer 4 (ce dernier destiné à obliger le champ de saturation à passer par les deux moitiés ,du noyau central,
au lieu de se fer mer par les noyaux latéraux .et lies culasses, ce qui réduirait l'efficacité de la saturation). Ce circuit magnétique comporte un enroule ment principal à courant alternatif 5, un enroulement auxiliaire d'excitation à courant alternatif 6 e@t un enroulement auxiliaire de prémagnétisation traversé par du courant con tinu et composé de deux bobinages 7 et 8 montées en série.
Si l'enroulement 6 est ali- mente, tandis que les bobinages 7 et 8 ne le sont pas, l'appareil se comporte comme un simple transformateur dont l'enroulement 6 serait le primaire et l'enroulement 5 le secon daire. Gomme dans ce cas, l'appareil ne fonc tionne qu'à, vide, c'est-à-dire sans aucun cou rant dans. 5, il s'ensuit que 6 pourra être exé cuté en fil très fin, de section juste suffisante pour laisser passer le courant magnétisant.
Lorsque les bobinages 7 et 8 sont alimentés alors que l'enroulement 6 ne l'est pas, l'appa reil se comporte comme une self-inductance<B>à</B> prémagnétis ation, l'enroulement 5 pouvant être parcouru par un fort courant sans in duire d'ampères-tours antagonistes dans l'en roulement 6, ni sans induire de force électro motrice à la fréquence fondamentale dans les bobinages 7 et 8. L'appareil peut alors fonc tionner suivant l'un des trois modes opéra- toiresi suivants: 1.
La tension continue appliquée sur l'en roulement de prémagnétisation restant cons tante, le courant alternatif dans l'enroulement principal est variable. Dans ce<I>cm,</I> la réac tance apparente de l'appareil ,reste faible tant que le courant alternatif reste inférieur à une certaine valeur bien déterminée (laquelle dé pend de la tension continue constante appli quée sur l'enroulement de prémagnétisation). Lorsque le courant alternatif -dépasse cette valeur, la réactance commence à croître ra pidement.
2 . Le courant alternatif passant dans l'enroulement principal restant constant, le courant continu -dans l'enroulement de pré- magnétisation est variable. Dans ce cas,
la réactance apparente de l'appareil reste faible tant que le courant de prémagnétsation reste supérieur à une certaine valeur bien déter- minée (laquelle dépend de la tension alterna- tive constante appliquée sur l'enroulement alternatif pi:ncipal). Lorsque le courant con tinu .de prémagmétisation devient inférieur à cette valeur, la réactance commence à croître rapidement.
3. Le .courant alternatif dans l'enroule ment principal et. le courant continu dans l'enroulement de prémagnétisation varient en sens inverse. Lorsque le rapport des ampères- tours alternatifs de l'enroulement principal aux ampères-tours continus de l'enroulement de prémagnétisation reste au-dessous d'une certaine valeur, la réactance apparente reste faible. Lorsque ce rapport dépasse cette va leur, la réactance apparente commence à .croître rapidement.
Sur la fig. 2- est représenté le schéma. com plet d'un poste de soudure à l'arc alimenté en courant alternatif monophasé. L'enroule ment primaire d'un transformateur principal 9 est alimenté par un réseau, à courant alter natif, l'enroulement secondaire, connecté en série avec l'enroulement principal à courant alternatif 11 de l'appareil 10, alimente des électrodes 1-4 et 15 du p .ste de soudure.
L'en roulement auxiliaire d'excitation 12 ,de@ l'appa reil 1.0 est branché sur le réseau par l'inter médiaire -d'un commutateur l6 et d'a contact de repos 19 d'un relais 1.8. L'enroulement auxiliaire de préma,
gmiétisatiou 13 dudit ap pareil est alimenté par un @redlresseur auxi- liare 221 -dont l'enroulement primaire. est branché sur le réseau par l'intermédiaire d'un commutateur 17 et du contact de travail 20 du relais 18. La bobine d'enclenchement du relais 18, connectée en série avec l'enroule ment primaire du transformateur 9, est -exci tée dès que ce dernier commence à débiter, c'est-à-dire dès que l'arc est amorcé.
La force électromotrice induite à vide dans l'enroule ment secondaire du transformateur est légère ment supérieure à la tension en charge aux bornes de l'arc (soit environ 30 à 35 volts). D'autre part, quand l'enroulement auxiliaire d'excitation 12 est mis sous tension, l'enrou lement principal 11 développe une tension additionnelle telle que la somme des tensions développées dans l'enroulement secondaire du transformateur 9 et dans l'enroulement prin- cipial 11 de l'appareil 10 soit égale à la ten sion d'amorçage de l'arc (environ 60 volts).
Dans ces conditions, le fonctionnement est le suivant: quand les électrodes 14 et 15 sont éloignées et que le transformateur fonctionne à vide, la bobine du relais 18 n'est pas exci tée, le contact de repos 19 est fermé et le contact de travail 20 est ouvert.<B>Il</B> s'ensuit que l'enroulement 12 est sous tension, tandis que le redresseur auxiliaire 21 ne l'est pas. Il apparaît aux bornes de l'enroulement prin cipal 11 une tension additionnelle et entre les électrodes\ 14 et 15une tension correspon dant à la tension d'amorçage de l'arc.
Dès que l'on met ces électrodes en contact, l'arc s'amorce, un courant circule à travers l'en roulement secondaire du transformateur 9 et l'enroulement principal 11, la bobine du re lais 18 est excitée, le contact de repos 19 s'ouvre, tandis que le contact de travail 20 se ferme, l'enroulement auxiliaire 12 cesse d'être alimenté, tandis que le redresseur 21 est mis sous tension et alimente l'enroulement auxiliaire de prémagnétisation 13, l'appareil 10 fonctionne alors comme une self-induc tance à prémagnétisation suivant le mode opératoire 1, la tension continue appliquée au circuit de prémagnétisation restant constante.
Celle-ci est réglée de telle sorte que, lorsque le débit dans l'arc a tendance à dépasser le courant de travail correspondant aux élec trodes choisies, la réactance apparente de l'ap- paréil 10 cesse de rester faible pour croître rapidement et atteindre une valeur maxi mum, lorsque les électrodes de l'arc viennent en contact, telle que le courant de court- circuit soit limité à une valeur déterminée supérieure d'environ 20% seulement au cou rant de travail dans la pratique).
Une autre forme d'exécution de l'appareil décrit s'appliquant au fonctionnement en cou rant triphasé est représentée à la fig. 3. Le circuit magnétique comporte un noyau à cinq colonnes, la section de chacune des deux co lonnes latérales 22 et 23 étant 1,5 fois plus grande que celle des trois colonnes centrales 24, 25 et 26. L'enroulement principal com porte trois bobinages - un par phase - 27, 28 et 29 montés respectivement sur les co lonnes 24, 25, 26. L'enroulement auxiliaire d'excitation comporte également trois bobi nages - un par phase - 30, 31 et 32, mon tés en étoile par exemple respectivement sur les colonnes 24, 2â et 26. L'enroulement auxiliaire de prémagnétisation divisé en deux bobinages 33, 34 est réparti respectivement sur les colonnes latérales 22 et 23.
A un instant considéré, le flux alternatif de l'une des trois colonnes centrales se referme en passant par les deux autres. A aucun mo ment, le flux alternatif ne traverse donc les bobinages de prémagnétisation. Le flux con- tinu produit par le bobinage 33 dans la co lonne 22 se referme dans la proportion des deux tiers par la colonne 24 et dans la pro portion du tiers par la colonne 25. De même le flux produit dans la colonne 23 par le bobinage 34 se referme dans la proportion des deux tiers par la colonne 26 et du tiers par la colonne 25.
Le champ continu de pré- magnétisation est donc sensiblement le même dans chacune des colonnes centrales. Un tel appareil fonctionnant en courant triphasé est représenté en 36 sur la fig. 4, qui est le schéma général d'une installation de soudure dont l'arc est alimenté en courant continu par un redresseur alimenté lui-même en courant triphasé par l'intermédiaire de cet appareil 36.
L'installation décrite comprend un transformateur triphasé d'alimentation 35, un groupe d'éléments redresseurs 37, des électrodes 38 et 39 alimentés en courant con tinu. L'appareil 36 comporte l'enroulement principal 40, l'enroulement auxiliaire d'exci tation 41, et l'enroulement auxiliaire de pré- magnétisation 42.
Comme on dispose de cou rant continu aux bornes des éléments redres seurs 37, il devient inutile de faire =appel, comme c'était- le cas dans l'exemple de la fig. 2, à un redresseur auxiliaire et l'enroule ment de préma.gnétisation 42 monté en série avec un rhéostat de réglage 43 et connecté directement aux- bornes du redresseur prin cipal 37. Le fonctionnement est le suivant: à vide, quand l'arc n'est pas amorcé, aucun courant ne traverse le shunt 44, en sorte que le relais 45 n'est pas excité et reste fermé.
La bobine d'excitation 46 d'un contacteur tripolaire comportant deux contacts de travail 47 et 48 et un contact de repos 49 est donc alimentée, ce qui provoque 1,,-# mise sous tension. de l'en- roulement d'excitation 41, et l'ouverture du circuit alimentant l'enroulement auxiliaire de prémagnétisation 42.
Il se produit donc dans les enroulements principaux 40 une tension additionnelle s'ajoutant à celle de l'enroule ment secondaire du transformateur 35, la va leur de cette tension additionnelle est telle que la somme de ces deux tensions alterna tives corresponde à une tension continue entre les électrodes 38 et 39 égale à la tension d'amorçage. Dès que l'arc est amorcé, un cou rant traverse le shunt 44 qui alimente le relais 45, lequel coupe l'alimentation de la bobine 46, provoquant ainsi l'ouverture des contacts 47 et 48 et la fermeture du contact 49.
La force électromotrice agissant dans le circuit principal se trouve donc réduite à celle qui est induite dans l'enroulement secondaire du transformateur 35; l'enroule ment 41 n'étant plus sous tension et l'enrou lement 42 étant alimenté, l'appareil 36 joue alors le rôle d'une self-inductance à pré- magnétisation fonctionnant suivant. le mode opératoire 3 décrit plus haut. En effet, l'en roulement de prémagnétisation 42 est alors parcouru par un courant qui décroît, tandis que l'enroulement principal 41 est parcouru par un courant qui croît quand la tension aux bornes de l'arc décroît.
Le courant de pré- magnétisation est réglé par le rhéostat 43 de telle sorte que la réactance apparente de l'appareil 36, faible quand l'arc débite en charge le courant de travail normal, croisse rapidement dès que ce courant dans l'arc passe de sa valeur normale à la valeur corres pondant au court-circuit, le courant de pré- magnétisation passant alors de sa valeur nor male à la valeur zéro. Le réglage de la ten sion d'amorçage s'opère au moyen d'un com mutateur tripolaire 50 relié aux prises de l'enroulement 41.
Le réglage du débit dans l'arc s'effectue au moyen d'un commutateur tripolaire 51 relié à des prises sur l'enroule ment primaire de 35 et permettant de modi fier la tension secondaire du transforma teur 35.
La fig. 5 donne le schéma général d'un groupe de soudure utilisant une génératrice rotative et équipé d'un dispositif analogue à celui de la fig. 2; au lieu d'utiliser le dispo sitif pour l'alimentation directe de l'arc, on l'applique à l'alimentation d'un redresseur alimentant lui-même l'enroulement d'excita tion de la génératrice.
Comme le courant dans le circuit d'utilisation d'une génératrice à vi tesse constante varie dans le même sens que le courant dans son enroulement d'excitation, il est clair qu'il suffira d'obtenir, dâns l'en roulement d'excitation de la génératrice, une loi de variation du courant en fonction de la tension aux bornes de l'arc analogue - à celle qu'on désire obtenir pour le débit dans l'arc lui-même, afin de réaliser un système fonctionnant ,avec la caractéristique forte ment hypocompound désirée en vue d'assurer la stabilité de l'arc et la. limitation du cou rant de court-circuit.
La génératrice 52 com porte un enroulement d'excitation séparé 53 alimenté par le redresseur 54, lequel est lui- même alimenté à partir de l'ensemble consti tué par un transformateur 55 et par l'appa reil 56. Ces deux organes sont connectés comme le montre la fig. 5. Les trois enroule ments de l'appareil 56, enroulement princi- pal, enroulement auxiliaire d'excitation, en roulement auxiliaire de prémagnétisation, sont représentes respectivement en 57, 58 et 59.
Le fonctionnement est le suivant: à vide, quand les électrodes 60 .et 61 sont écartées, aucun courant ne passant dans le shunt 62, le relais 63 n'est pas excité 'et la bobine 64 d'un contacteur comportant un contact de tra vail 65 -et un contact de repos 66 est mise sous tension. Il en résulte que l'enroulement 58 est mis sous tension, tandis que le circuit alimentant l'enroulement 59 est coupé. Une tension additionnelle est induite dans l'en roulement 57 et a une valeur telle que le redresseur 54 développe aux bornes de l'en roulement 53 une tension d'excitation corres pondant à la tension d'amorçage entre les électrodes 60 et 61.
Dès que l'arc est amorcé, un courant traverse le shunt 62, le relais 63 est excité, la bobine 64 est coupée, provo quant ainsi la. mise hors circuit de l'enroule- ment 58 et la -mise en circuit de l'enroule ment 59 dont l'alimentation est prise directe ment aux bornes de la génératrice 52. Le redresseur 54 n'est plus alors alimenté que sous une tension réduite à la tension secon- daire du transformateur 55, ce qui entraîne une réduction de la force électromotrice de la génératrice.
D'autre part, l'appareil 56 se comporte comme une simple self-inductance à prémagnétisation fonctionnant suivant le mode opératoire 2, décrit plus haut, car le courant de prémagnétisation décroît rapide ment quand le courant dans l'arc passe de sa valeur normale à sa valeur de court-circuit, du fait que l'enroulement de prémagnétisa- tion est .alimenté sous une tension passant de la valeur normale de la tension de l'arc à la valeur zéro.
Le réglage de la tension d'amor çage s'effectue au moyen-d'un commutateur 67 agissant sur des prises de l'enroulement 58, tandis que le réglage du débit dans l'arc s'effectue au moyen d'un commutateur 68 relié à des prises de l'enroulement primaire du transformateur 55.
La fig. 6 représente un dispositif acces soire destiné à rendre l'un ou l'autre des systèmes décrits ci-dessus complètement sta tiques par suppression des relais et contac teurs.
II comporte deux self-inductances à pré- magnétisation 69 et<B>70</B> dont les enroulements à courant alternatif sont en série, l'ensemble étant alimenté par le réseau. Le courant de contrôle -est amené aux bornes 71.
Le dispo sitif fonctionne de la manière suivante: quand .aucun courant n'est amené par les bornes 71 dans l'enroulement de prémagnéti- sation de la self-inductance 69, la tension aux bornes de l'enroulement de cette self- inductance qui alimente un redresseur 72 (le quel fait circuler un courant de prémagnéti- sation dans la self-inductance 70)
est beau coup plus élevée que lorsqu'un courant est amené par ces bornes. Cette inductance 70 se trouvant alors saturée, la tension aux bornes de la self-inductance 69 est égale à la tension du réseau diminuée de la faible tension résiduelle qui subsiste aux bornes de la self-inductance 70. Il en résulte que la tension apparaissant aux bornes<B>73</B> est nulle,, tandis que la tension apparaissant aux bornes 74 est sensiblement égale à la tension du ré seau.
En effet, on a prévu sur une self- inductance auxiliaire 75 des prises 76, 77 telles que la tension entre 76, 78, d'une part,, 77, 79, d'autre part, soit sensiblement égale à la tension résiduelle de la bobine 69 ou de la bobine 70. Si au contraire il arrive par les bornes 71 un courant .suffisant pour satu rer le noyau de la self-inductance 69, l'en roulement de prémagnétisation de la self- inductance 70 n'est plus alimenté et les con ditions de fonctionnement sont inversées: la presque totalité de la tension du réseau est supportée par la self-inductance 70 (à la ten sion résiduelle de 69 près), en sorte que la.
presque totalité de la tension du réseau ap paraît entre les bornes 78, tandis qu'une ten sion nulle apparaît entre les bornes 74. Il suffirait donc de brancher, par exemple, l'en roulement auxiliaire d'excitation et le redres seur alimentant l'enroulement auxiliaire de prémagnétisation respectivement aux bornes 74 et 76 et de faire passer par les bornes 71 une fraction du courant alimentant l'arc pour faire fonctionner le dispositif de la fig. 2 en supprimant le relais.