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Transformateur de courant triphasé en courant monophasé, particulièrement destiné aux machines électriques à chauf- fer et à souder par résistances
L'invention a pour objet une forme d'exécution d'un transformateur de apurant triphasé en courant monspha- sé de manière que le courant monophasé soit engendré dire*
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tement dans le secondaire se composant habituellement d'un enroulement'unique dans lequel passe le courant nécessaire pour la soudure. Un transformateur de ce genre convient particulièrement, cela va de soi, pour des machines à grande puissance.
Les dessins annexés montrent des exem- ples de réalisation du transformateur; La fige 1 montre schématiquement tout dabord une vue dans laquelle le rotor qui représente un excitateur excité par du courant continu, est bipolaire. Cette disposition a été tout dabord choi- sie par ce qu'ici le couplage est plus visible sur le des- sin, alors que dans la forme d'exécution proprement dite il s'agit surtout de l'emploi de rotors multipolaires.
A la fig. 1, M désigne un inducteur excité par du courant continu et monté sous la forme d'une armature en forme de double T. Cet inducteur tourne entre quatre pôles qui sont désignés par a, b, c, d. Le montage ou couplage des quatre pôles correspond à la disposition qui est montrée à la figure 2. Le couplage fait voir que les quatre pOles agissent comme les quatre pôles d'un moteur bi- phasé. Lorsque le rotor est muni de quelques barreaux assemblés pour former un induit fermé en forme de cage, il démarre d'une façon asynchrone au moment de la mise en cir- cuit et passe au synchronisme lorsque l'excitation est éta- blie.
Le mode d'action sur le secondaire S entourant la branche a, est alors le suivant( le secondaire S pouvant également être divisé en deux secondaires montés en parallè- le dont l'un entoure la branche a et l'autre la branche c ).
I ) Les deux phases sont couplées;de manière que, lorsque le secondaire est ouvert le rotor agit comme rotor d'un moteur synchrone biphasé, Le champ excité par
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J/ le rotor se trouve toujours de 908 en arrière des champs y polaires, c'eet-à-dire de 90 aussi en arriëre/5haBT en a .
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c Si le secondaire est alors fermé,, en d'autres termes s'il est privé de son courant, le champ qu'il engendre se @ trouve à environ 1808 en arrière du champ primaire de a, c, et par suite le champ engendré par le rotor se trouve à 90 en avant de la tension ou du champ de l'enroulement S du secondaire. Dans ce cas, toutefois, le champ du rotor agit sur le secondaire de manière à en augmenter la tension.
Il suffit donc de donner à l'enroulement primaire qui se trouve sur a, c des dimensions telles que seule soit engen- drée, dans le secondaire S, la moitié du voltage ou tension nécessaire au travail, tandis que l'autre moitié est engen- drée par le champ du rotors Par oe moyen, le rotor se trou-* ve toutefois freiné en raison de ce qu'il agit sur le secon- daire comme générateur. Il est donc d'emblée possible d'ob- tenir, en calculant convenablement le nombre de tours ou spires sur b t d. , que le rendement produit dans le secon- daire par la rotor soit prélevé sur les phases exoitant Ion branches b, d, La charge se trouve être ainsi uniforme.
Par exemple si, à la place du rotor, on plaçait entre les pô- les une armature circulaire formée de couches ou épaisseurs de tôle que l'on n'exciterait pas, on obtiendrait pour les trois phases la forme de charge du couplage ou montage répar- titeur de tension connu, lequel est montré schématiquement à la figure 4. La fig. 4a montre une forme fréquemment usi- tée de ce couplage. Un noyau en fer K porte un enroulement qui se trouve placé entre les deux phases I et II. Cet en- roulement présente une prise de courant en son milieu et en- tre cette prise et la phase III se trouve l'enroulement pri- maire F du transformateur monophasé de la machine à souder.
La figé 4b montre une disposition compacte ou ramassée de ce
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couplage ou montage. Dans cette disposition les rapporte de charge sont calculas de telle façon que la phase III re- présente la somme des changes de I et II. Dans ces condi- tions, lorsque la phase III conduit 100 Amp., I et II con- duisent chacune 50 ampères* Le rotor excite d'après le sché- ma de la fig. 1 permet donc de soustraire aux phases I et
II une puissance telle que la charge des trois phases se trouve être égale, parce qu'alors seule encore une partie, c'est-à-dire lorsque le montage est correct la moitié de la puissance engendrée par la phase III dans le secondaire se trouve livrée.
Il)- Le couplage ou montage peut encore également être effectué d'une autre manière. Après que le rotor a été amené àuun nombre de tours synchrone, on inverse la pha- se III* Par suite, le champ tourne en sens contraire au sens de rotation du rotor. Le champ du rotor se trouve main- tenant de 90 en avant du champ de a , c et agit ainsi sur le primaire de manière à en augmenter la tension, c'est-à-di- re que l'effet est le même que si le rotor marchait comme le rotor d'une génératrice montée en série avec la généra- trice fournissant le courant triphasée Le voltage en de- dans de III se trouve donc, à pleine charge, doublé de sorte que l'ampérage dans toutes les trois phases est le même;
mais la tension dans la phase III est double* Dans cette . disposition également le primaire de a et c est calculé de façon à n'engendrer sans le champ du rotor que la moitié de la tension régnant dans le secondaire;S. Ce couplage ou montage est possible dans la commande dé machines à sou- der, parce que les branches b,d étant mises en circuit d'une manière permanente dans la marche intermittente des machines à souder, le rotor reçoit toujours de nouveau de
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l'énergie comme moteur synchrone monophasée de sorte que,, pendant les courtes périodes de charge dans l'opération de sondage proprement dite, ce rotor peut toujours agir de nou- veau sur la phase III comme génératrice et comme amortisseur de chocs en même temps qu'il exerce sa puissance mécanique de travail* Par ce moyen,
la charge par saccades du réseau, qui autrement exerce une action défavorable sur la marche de la machine à souder,, se trouve aussi en grande partie compensée.
Les figures 3,5,6,6a et 7, de même que le coupla- ge par sectionnements de la fige 2,montrent le schéma d'un exemple de réalisation pour un transformateur fonctionnant avec un rotor à six pôles. L'enroulement secondaire S, fige 3 et 5, est établi iéi comme support de l'axe T de la partie rotative. Il est prévu dans cette disposition, comme parties rotatives, deux roues d'aimant qui agissent par leur côté plan. Comme le montre la coupe longitudinale de la fige 5, lé secondaire est établi avec un épaulement de tel- le sorte qu'il sert de support intérieur 4 pour des noyaux d'aimant disposés axialement et formés de feuilles ou lamel- les superposées dont les faces extrêmes agissent à la maniè- re de surfaces polaires à l'égard des roues d'aimant.
Ces noyaux d'aimant sont fermement maintenus par un anneau R en forme de collier fige 6; sur le support formé par le se- condaire. Les enroulements des noyaux sont de nouveau mon- tés comme dans la disposition de la fig. 2 et le noyau ± porte un enroulement avec prises 1,2,3,4, de sorte qu'ici le nombre de tarais de a. ,c, et par suite, la valeur du champ en a c, et par suite également, la tension excitée par la phase III dans le secondaire, peuvent être réglés en passant par dessus lesdites prises,
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Les pôles libres du secondaira se trouvent en E- E, où.les organes de travail de la machine à souder ou à réchauffer sont raccordés, Les roues d'aimant sont faites à six pôles, comme le montre le schéma de la fig.
7, de sorte que, avec 50 périodes, elles font 1000 tours en syn- chronisme. La disposition montrée à la fig. 6 montre une coupe par' 0, G et fait voir que les faces extrêmes des quatre noyaux sont armées de faces polaires insérées qui sont recourbées en forme de cercle, pour former ainsi des pièces polaires qui maintiennent à un faible degré la satu- ration du champ dans l'entrefer, La fig. 6a est une coupe suivant A, B qui laisse voir ainsi les quatre noyaux eux- mêmes en coupe transversale. Inaction du rotor sur les champs est donc la même que celle qui a déjà été décrite en regard des exemples montrés aux figures 1, 2 , 3.
Mais, dans la présente disposition, le petit nombre de tours que l'on obtient grâce à la construction multipolaire du rotor facilite l'obtention du but désiré qui consiste dans l'em- ploi du dispositif pour de grandes puissances. Les roues d'aimant qui tournent peuvent être établies sous la forme de corps rotatifs lisses en sorte que la consommation d'é- nergie qu'exige leur marche permanente pendant tonte la du- rée du fonctionnement de la machine à souder reste faible.
Il y a lieu d'observer qu'avec le rotor à six pôles, le ro- tor à marche asynchrone tourne dans un sens contraire à ce- lui du champ qui, avec un couplage de moteur simple, action- nerait le moteur comme moteur synchrone. Il faut donc, lorsque le moteur, qui peut être armé d'anneaux amortis- seurs autour des pôles pour la marche asynchrone, a atteint le maximum de tours asynchrones commuter la phase III, ou
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bien la mettre hors circuit, et le rotor doit seul être ame- né en synchronisme aveo les champs b, d .
Cette phase n'est alors remise en circuit que pour le temps de la char- ge de la machine à souder, c'est-à-dire par conséquent par saccadée* A part cola, la couplage pout tr.o établi, comme il a été explique relativement à l'exemple de la fig. 1, de telle sorte que l'action de la génératrice s'exerce sur le primaire ou directement sur le secondaire.
En choisissant convenablement ie nombre d'enrou- lements il est donc toujours possible d'obtenir que les trois phases du réseau de courant tournant soient toutes chargées d'une manière uniforme* En outre, la possibilité d'obtenir toujours, en calculant d'une manière correspondant te l'excitation des roues d'aimant, le facteur de puissance 1, constitue un avantage particulièrement précieux* C'est surtout dans le cas de lourdes machines à souder, bout à bout ou par rapprochement, et de lourdes machines à réchauf- fer que cet avantage se fait particulièrement sentir.
Ces grosses machines de 50 à 300 KVA de consommation au primai- re fonctionnent, dans la construction à monophasé actuelle, avec des facteurs de puissance de 0,2 à 0,3 ,de sorte, par exemple, que pour des soudures bout à bout, qui exigent effectivement de 28 à 30 KW, il a fallu employer des puis- sances de machines de 100 à 120 KVA.
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Or comme la forme de transformatilnr, obje t de l'invention, d'une part, permet d'obtenir le facteur de puissance 1, et, d'autre part, répartit la charge sur trois phases, tandis que jusqu'à présent toute la charge reposait sur une phase, on obtient, avec la forme de transformateur, objet de l'invention, une charge en ampères par phase indi- viduelle, qui, selon le mode de charge, ne comporte, à puis-
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sance égale, que le quinzième ou le sixième de la charge qui était nécessaire jusqutà présent. En comparaison de ces avantages, la légère marche à vide des roues d'aimant n'entre pas du tout en ligne de compte.
Dans la forme de construction pour laquelle la disposition montrèe figure 1 sert do basa, il est partiou- lièrement facile de simplifier encore la construction du transformateur,, C'est ainsi notamment qu'on peut égale- ment employer pour le rotor une matière à rémanence élevée.
Un rotor de ce genre peut être de forme cylindrique et pré- senter, grâce à deux larges fentes, le caractère d'une arma- ture en forme de double T. Si on excite alors un peu plus un champ qui agit comme moteur, l'expérience démontre que cela suffit pour faire agir, en vertu de la rèmanence, le rotor comme rotor surexcité pour le second champ. Le trans- formateur se trouve être alors particulièrement simple, car une alimentation de l'armature au moyen de courant excité n'est pas non plus nécessaire. Le facteur de puissance ob- tenu est bien dans ce cas un peu inférieur à 1, mais il est néanmoins encore suffisamment élevé ( 0,95 à 0,96) pour qu'il puisse être désigné comme étant très bon. C'est sur- tout pour les petites constructions que, cette forme,de ro- tor offre des avantages.
Le rotor montré à la fig. 5 peut également être établi en une matière à rémanence élevée exerçant une action analogue; de même, on peut naturellement établir la forme de construction de la :tige, 1 avec huit pOles au lieu de qua- tre
Dans la forme de construction basée sur la dis- position montrée à la fig. 1, une charge uniforme peut enco- re être obtenue par ce fait que, diaprés le croquis de la
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figure 8 , qui montre une coupe à échelle réduite prise par les pôles b, d de la fig. 1, ces pôles sont établis sous la forme de pales fendus et dans ce cas, comme le montre le cro- quis, le primaire P entoure une partie dudit pôle, tandis que le secondaire, désigné par S entoure lesdits pôles.
Si, dans cette disposition, le rapport des sections trans- versales de pôle est choisi de manière à correspondre aux nombres d'enroulements, on peut obtenir une charge unifor- me sans subdivision spéciale des tours ou enroulements et aussi avec un rotor à faible excitation*
Dans la construction qui est montrée à la figure 5, l'une des roues d'aimant est avantageusement accouplée avec la dynamo fournissant le6ourant excitateur, lorsque le- dit courant n'est pas prélevé sur le réseau à couranvalter- Hatier par le commutateur accouplé avec la roue d'aimant.
La seconde roue d'aimant sert alors avec avantage pour ac- tionner l'organe de commande de'la machine. L'axe assujet- ti fermement dans le secondaire et les pôles situés sur une surface plane permettent, d'une manière simple, d'ajuster les roues polaires à un petit entrefer. L'établissement du secondaire comme support de l'axe et comme support des noyaux donne à l'ensemble de la disposition le caractère d'un bloc homogène, stable, fermé, que l'on peut adapter facilement sans éprouver de difficultés de montage.
Ceci supprime également l'emploi de moteurs d'entraînement spé- oiaux du fait qu'on peut utiliser le rotor à la fois comme moteur d'entraînement pour la manoeuvre des outils à re- fouler et à dresser dans les machines à souder par rappro- chement ou par la manoeuvre des organes de commande dans les machines à souder par couture et par points4