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.
Method for the initiation and adjustment of an electric arc and apparatus for carrying out this method. The present invention comprises a method for supplying and regulating an electric arc, and an apparatus for carrying out this method.
This device finds its application more particularly to a soldering unit or to a cinema projector, by reconciling the requirements of a strongly hypocompound characteristic (necessary for the stabilization of the arc) and the limitation of the short-circuit current. circuit, with those of a high power factor (allowing a reduction in size and better use of the mains).
This result is obtained without having recourse to capacitors, as in the case of a transformer or a static rectifier, or to complex systems of windings, anti-co @ mpound excitation, of third ba lai, etc., as in the case of a rotary generator.
The device of the capacitors, in addition to being expensive, indeed presents the drawback of being truly effective only if the device to which it is added operates under a well-defined voltage, which is not the case. for supplying arcs, especially welding arcs, which cause sudden bursts of current. On the other hand, the artifice of the multiple excitation coils and additional brushes leads to the construction of very special generators, also quite expensive.
The present invention comprises a process for the initiation and adjustment of an electric arc, characterized in that, before the initiation of the arc, an additional electromotive force is produced which is added to an electromotive force. supply, the voltage between the electrodes of the arc, before the initiation of the latter, depending on the sum of these two electromotive forces, while after the initiation of the arc one introduces, in the circuit where said supply electro-motive force is applied a variable reactance which,
low as long as the current in the arc and the voltage at its terminals are normal, increases rapidly when this intensity increases and this voltage decreases.
The invention also comprises an -appa reil for implementing the method. charac terized in that it comprises a device which, before the arc striking, functions as a no-load transformer, while after the ignition it functions as a premagnetizing self-inductance coil, in that this device comprises for each phase at least one main alternating current winding constantly in service, an auxiliary alternating current excitation winding in service before starting and one in direct current premagnetization bearing in service when the arc is - initiated and in which Your other windings,
do not involve any electromotive force and in that means. are designed to make this device not ser from operation as a vacuum transformer to operation as a premagnetization inductance coil, this passage taking place when the arc is struck.
By the fact that, under load, this apparatus presents a variable apparent reactance X, this reactance being weak in normal conditions (when the arc works under 25 to 3'0 volts approximately) and increasing rapidly as the voltage of the arc decreases to reach its maximum in short-circuit when the electrodes come into contact, thus obtaining a satisfactory limitation of the short-circuit current,
the value of the power factor being low only in the vicinity of the short-circuit.
We also obtain a very good stabilization of the arc, because the voltage drop XI due to the passage of the current I through the reactance X is the product of two factors X and I - which are both increasing functions of I. The voltage drop therefore increases much faster than -if X were constant.
The appended drawing represents, by way of example, several embodiments of the apparatus allowing the implementation of the method according to the invention.
Fig. 1 shows the general arrangement of the magnetic circuit and of the windings of a first embodiment for single-phase current.
Fig. 2 represents the complete diagram of an arc welding station supplied with alternating current by a single phase transformer.
Fig. 3 represents the general arrangement of. magnetic circuit and the winding of a second embodiment for three-phase current.
Fig. 4 shows the complete diagram of an arc welding station supplied with direct current by a rectifier itself supplied with three-phase current. Fig. 5 shows the complete diagram of an arc welding station supplied with direct current by a rotary generator; in: this embodiment, the apparatus described is no longer used, this time, for the -direct control of the flow in the arc, but for its indirect control by acting on the excitation circuit -of the , generator.
Fig. 6 shows a diagram of an embodiment avoiding the use of contactors or relays.
In, the explanations which follow, it is understood that the magnetic circuit of the apparatus described and its windings with native alternating current and of premagnetization are arranged so as to satisfy the essential condition of any self-inductance with winding -de pre-magnetization, namely that the native alternating current passing through the main winding induces a resulting electromotive force (at the fundamental frequency) of zero in the coils constituting the winding in the premagnetization. This is the reason why we adopted,
in the schematic representations of the figures accompanying the text, a convention according to which the axis of the pre-magnetization windings is always perpendicular to that of the windings traversed by alternating current.
On the fg ,. 1 shows a magnetic circuit, the central core 1 of which has a cross section double that of the lateral cores 2 and 3. In reality, this circuit can be constituted by two identical magnetic circuits aceolàs one to the other ide part and the other of a gap 4 (the latter intended to force the saturation field to pass through the two halves, of the central core,
instead of being closed by the lateral cores and the yokes, which would reduce the efficiency of the saturation). This magnetic circuit comprises a main alternating current winding 5, an auxiliary alternating current excitation winding 6 and an auxiliary premagnetization winding through which continuous current passes and composed of two windings 7 and 8 connected in series.
If the winding 6 is energized, while the windings 7 and 8 are not, the apparatus behaves like a simple transformer of which the winding 6 would be the primary and the winding 5 the secondary. As in this case, the device only works when empty, that is to say without any current in. 5, it follows that 6 can be executed in a very fine wire, with a section just sufficient to allow the magnetizing current to pass.
When the windings 7 and 8 are supplied while the winding 6 is not, the device behaves like a self-inductance <B> with </B> premagnetization, the winding 5 can be traversed by a strong current without inducing antagonistic ampere-turns in the bearing 6, nor without inducing an electro-motive force at the fundamental frequency in the coils 7 and 8. The device can then operate according to one of the three following operating modes: 1.
As the DC voltage applied to the pre-magnetization bearing remains constant, the AC current in the main winding is variable. In this <I> cm, </I> the apparent reactance of the device remains low as long as the alternating current remains below a certain well-determined value (which depends on the constant direct voltage applied to the winding pre-magnetization). When the alternating current exceeds this value, the reactance begins to increase rapidly.
2. Since the alternating current flowing through the main winding remains constant, the direct current in the pre-magnetizing winding is variable. In that case,
the apparent reactance of the device remains low as long as the pre-magnetization current remains above a certain well-determined value (which depends on the constant alternating voltage applied to the pi: ncipal alternating winding). When the continuous premagmetization current becomes less than this value, the reactance begins to increase rapidly.
3. The alternating current in the main winding and. the direct current in the pre-magnetization winding varies in the opposite direction. When the ratio of the alternating ampere-turns of the main winding to the continuous ampere-turns of the premagnetizing winding remains below a certain value, the apparent reactance remains low. When this ratio exceeds this value, the apparent reactance begins to increase rapidly.
In fig. 2- is shown the diagram. complete with an arc welding station supplied with single-phase alternating current. The primary winding of a main transformer 9 is supplied by a network, with native alternating current, the secondary winding, connected in series with the main alternating current winding 11 of the device 10, supplies electrodes 1- 4 and 15 of the welding p .ste.
The auxiliary excitation bearing 12 of the device 1.0 is connected to the network by means of a switch l6 and a rest contact 19 of a relay 1.8. The premature auxiliary winding,
gmiétisatiou 13 of said device is supplied by an auxiliary @redlresseur 221 -whose primary winding. is connected to the network by means of a switch 17 and the working contact 20 of relay 18. The engagement coil of relay 18, connected in series with the primary winding of transformer 9, is switched on as soon as the latter begins to deliver, that is to say as soon as the arc is struck.
The electromotive force induced at no load in the secondary winding of the transformer is slightly greater than the voltage on load at the terminals of the arc (ie approximately 30 to 35 volts). On the other hand, when the auxiliary excitation winding 12 is energized, the main winding 11 develops an additional voltage such as the sum of the voltages developed in the secondary winding of the transformer 9 and in the main winding. - cipial 11 of device 10 is equal to the arc ignition voltage (approximately 60 volts).
Under these conditions, the operation is as follows: when the electrodes 14 and 15 are moved away and the transformer operates without load, the coil of relay 18 is not energized, the rest contact 19 is closed and the working contact 20 is open. <B> It </B> follows that the winding 12 is energized, while the auxiliary rectifier 21 is not. An additional voltage appears at the terminals of the main winding 11 and between the electrodes \ 14 and 15 a voltage corresponding to the starting voltage of the arc.
As soon as one puts these electrodes in contact, the arc starts, a current flows through the secondary rolling of the transformer 9 and the main winding 11, the coil of the relay 18 is energized, the contact of rest 19 opens, while the work contact 20 closes, the auxiliary winding 12 ceases to be supplied, while the rectifier 21 is energized and supplies the auxiliary pre-magnetization winding 13, the apparatus 10 then operates as a pre-magnetization self-inductor according to operating mode 1, the direct voltage applied to the pre-magnetization circuit remaining constant.
This is adjusted so that when the flow rate in the arc tends to exceed the working current corresponding to the electrodes chosen, the apparent reactance of the apparatus 10 ceases to remain low and increases rapidly and attains a maximum value, when the arc electrodes come into contact, such that the short-circuit current is limited to a determined value which is only about 20% higher than the working current in practice).
Another embodiment of the apparatus described applying to three-phase current operation is shown in FIG. 3. The magnetic circuit has a core with five columns, the section of each of the two lateral columns 22 and 23 being 1.5 times greater than that of the three central columns 24, 25 and 26. The main winding comprises three windings - one per phase - 27, 28 and 29 respectively mounted on columns 24, 25, 26. The auxiliary excitation winding also has three windings - one per phase - 30, 31 and 32, star-shaped for example respectively on the columns 24, 2a and 26. The auxiliary premagnetization winding divided into two coils 33, 34 is distributed respectively on the side columns 22 and 23.
At a given moment, the alternating flow of one of the three central columns closes while passing through the other two. At no time does the alternating flow therefore pass through the premagnetization coils. The continuous flow produced by the coil 33 in the column 22 is closed in the proportion of two thirds by the column 24 and in the pro portion of the third by the column 25. Likewise the flow produced in the column 23 by the coil 34 is closed in the proportion of two thirds by column 26 and one third by column 25.
The continuous pre-magnetization field is therefore substantially the same in each of the central columns. Such a device operating with three-phase current is shown at 36 in FIG. 4, which is the general diagram of a welding installation in which the arc is supplied with direct current by a rectifier which is itself supplied with three-phase current via this device 36.
The installation described comprises a three-phase supply transformer 35, a group of rectifying elements 37, electrodes 38 and 39 supplied with direct current. The apparatus 36 includes the main winding 40, the auxiliary excitation winding 41, and the auxiliary pre-magnetization winding 42.
As there is a direct current at the terminals of the rectifier elements 37, it becomes unnecessary to call, as was the case in the example of FIG. 2, to an auxiliary rectifier and the premature winding 42 mounted in series with an adjustment rheostat 43 and connected directly to the terminals of the main rectifier 37. The operation is as follows: no-load, when the arc is not started, no current flows through shunt 44, so that relay 45 is not energized and remains closed.
The excitation coil 46 of a three-pole contactor comprising two work contacts 47 and 48 and a break contact 49 is therefore supplied, which causes 1 ,, - # energized. of the excitation winding 41, and the opening of the circuit supplying the auxiliary pre-magnetization winding 42.
An additional voltage is therefore produced in the main windings 40 in addition to that of the secondary winding of the transformer 35, the value of this additional voltage is such that the sum of these two alternating voltages corresponds to a direct voltage. between electrodes 38 and 39 equal to the starting voltage. As soon as the arc is struck, a current passes through the shunt 44 which supplies the relay 45, which cuts off the power supply to the coil 46, thus causing the opening of the contacts 47 and 48 and the closing of the contact 49.
The electromotive force acting in the main circuit is therefore reduced to that which is induced in the secondary winding of transformer 35; the winding 41 being no longer under voltage and the winding 42 being powered, the device 36 then plays the role of a pre-magnetization self-inductance operating as follows. the procedure 3 described above. In fact, the pre-magnetization rolling 42 is then traversed by a decreasing current, while the main winding 41 is traversed by a current which increases when the voltage across the arc decreases.
The pre-magnetization current is regulated by the rheostat 43 so that the apparent reactance of the apparatus 36, low when the arc delivers the normal working current under load, increases rapidly as soon as this current in the arc passes. from its normal value to the value corresponding to the short-circuit, the pre-magnetization current then passing from its normal value to zero. The starting voltage is adjusted by means of a three-pole switch 50 connected to the taps of winding 41.
The flow rate in the arc is adjusted by means of a three-pole switch 51 connected to taps on the primary winding of 35 and making it possible to modify the secondary voltage of the transformer 35.
Fig. 5 gives the general diagram of a welding unit using a rotary generator and equipped with a device similar to that of FIG. 2; instead of using the device for the direct supply of the arc, it is applied to the supply of a rectifier which itself supplies the excitation winding of the generator.
As the current in the circuit of use of a generator at constant speed varies in the same direction as the current in its excitation winding, it is clear that it will suffice to obtain, in the rolling of excitation of the generator, a law of variation of the current as a function of the voltage at the terminals of the arc analogous - to that which one wishes to obtain for the flow in the arc itself, in order to achieve a functioning system, with the strongly hypocompound characteristic desired in order to ensure the stability of the arc and the. short-circuit current limitation.
The generator 52 has a separate excitation winding 53 supplied by the rectifier 54, which is itself supplied from the assembly constituted by a transformer 55 and by the apparatus 56. These two members are connected as shown in fig. 5. The three windings of the apparatus 56, main winding, auxiliary excitation winding, in auxiliary pre-magnetization bearing, are represented respectively at 57, 58 and 59.
The operation is as follows: off-load, when the electrodes 60 and 61 are separated, no current flowing through the shunt 62, the relay 63 is not energized 'and the coil 64 of a contactor comprising a working contact. vail 65 - and a normally closed contact 66 is energized. As a result, winding 58 is energized, while the circuit supplying winding 59 is cut. An additional voltage is induced in the rolling 57 and has a value such that the rectifier 54 develops across the terminals of the rolling 53 an excitation voltage corresponding to the starting voltage between the electrodes 60 and 61.
As soon as the arc is started, a current flows through the shunt 62, the relay 63 is energized, the coil 64 is cut, thus causing the. switching off the winding 58 and switching on the winding 59, the power of which is taken directly from the terminals of the generator 52. The rectifier 54 is then supplied only under a voltage reduced to the secondary voltage of transformer 55, resulting in a reduction in the electromotive force of the generator.
On the other hand, the device 56 behaves like a simple self-inductor with premagnetization operating according to the operating mode 2, described above, because the pre-magnetization current decreases rapidly when the current in the arc passes from its normal value. to its short-circuit value, because the premagnetization winding is supplied with a voltage which goes from the normal value of the arc voltage to zero.
The ignition voltage is adjusted by means of a switch 67 acting on the taps of the winding 58, while the flow rate in the arc is adjusted by means of a switch 68 connected to the taps of the primary winding of the transformer 55.
Fig. 6 shows an accessory device intended to make one or other of the systems described above completely static by removing the relays and contactors.
It comprises two pre-magnetizing self-inductors 69 and <B> 70 </B>, the alternating current windings of which are in series, the assembly being supplied by the network. The control current is supplied to terminals 71.
The device operates as follows: when .no current is supplied through terminals 71 in the premagnetization winding of self-inductance 69, the voltage across the winding of this self-inductance which supplies a rectifier 72 (which circulates a pre-magnetization current in the self-inductance 70)
is much higher than when a current is brought through these terminals. This inductance 70 then being saturated, the voltage across the self-inductance 69 is equal to the network voltage minus the low residual voltage which remains across the self-inductance 70. It follows that the voltage appearing at the terminals <B> 73 </B> is zero, while the voltage appearing at terminals 74 is approximately equal to the voltage of the network.
In fact, there are provided on an auxiliary self-inductance 75 taps 76, 77 such that the voltage between 76, 78, on the one hand, 77, 79, on the other hand, is substantially equal to the residual voltage of coil 69 or coil 70. If, on the contrary, a sufficient current arrives via terminals 71 to saturate the core of the self-inductance 69, the pre-magnetization bearing of the self-inductance 70 is no longer supplied and the operating conditions are reversed: almost all of the network voltage is supported by the self-inductance 70 (except for the residual voltage of 69), so that the.
almost all of the network voltage appears between terminals 78, while zero voltage appears between terminals 74. It would therefore suffice to connect, for example, the auxiliary excitation coil and the rectifier supplying the 'auxiliary pre-magnetization winding respectively at terminals 74 and 76 and to pass through terminals 71 a fraction of the current supplying the arc to operate the device of FIG. 2 by removing the relay.