<Desc/Clms Page number 1>
'CONVERTISSEUR DE COURANTS ALTERNATIFS.
La présente invention est relative aux ma- chines susceptibles de convertir des courants alternatifs polyphasés en courants alternatifs d'un nombre différent de phases, par exemple monophasés.
On connaît déjà des convertisseurs de ce type comprenant, sur une carcasse magnétique$ deux enroulements circulaires concentriques formant primaire et secondaire, l'un recevant les courants polyphasés à convertir, l'autre
<Desc/Clms Page number 2>
produisant des courants du nombre de phases cherché.
Concentriquement à ces deux enroulements, est généralement disposé un rotor ordinaire de moteur à champ tournant pouvant être constitué par un simple cy- lindre conducteur ou encore être muni d'Orne cage d'écu- reuil ou enfin d'un enroulement monophasé ou polyphasé .
Ce rotor a pour rôle d'équilibrer les puissances absorbées sur les phases des courants d'alimentation du convertisseur.
On a également remarqué qu'il était intéressant, dans certains cas, de provoquer aux bornes d'utilisation du convertisseur, une forte chute de tension en charge et ceci en prévoyant, entre les deux enroulements.$ in circuit magnétique de fuite.
Conformément à l'invention. on a prévu des dispositions susceptibles de régler à volonté cette chute de tension; ce sont en premier lieu des moyens permettant de faire varier le nombre de spires effectives des enrou- lements primaireet secondaire avec ou sans modification du rapport de transformation.
L'induction magnétique générale étant modifiée*, par cette variation du nombre de spires, le flux de fuite l'est également .
On peut également prévoir sur le circuit ma- gnétique de fuite. des espaces libres créant une augmen- talion de réluctance du circuit de fuite; chacun de ces espaces peut railleurs être occupé par un noyau magnétique de forme convenable, mobile, soit radialement, soit longi- tudinalement et commandé de l'extérieur afin de permettre en @
<Desc/Clms Page number 3>
modifiant la réluctance du circuit de fuite, de régler les caractéristiques du courant produit par la machine.
Au lieu d'introduire des noyaux de formes diverses dans les espaces ménagés sur le circuit magné.* tique de fuite, on peut encore faire varier la réluctance de ce circuit en approchant de lui latéralement un anneau continu en métal très magnétique. Inversement, on peut contrarier l'action du circuit de fuite en approchant du circuit normal un anneau magnéti que continu susceptible de diminuer la réluctance de ce circuit.
Enfin, une dernière solution consiste à placer en série dans le circuit d'utilisation du conver- tisseur, un groupe de spires conductrices susceptibles d'être plus ou moins engagées dans les espaces ménagés sur le circuit magnétique de fuite, de sorte que le flux de fuite induit dans les spires, une force électromotrice qu'il est facile de régler à volonté en déplaçant plus ou moins les spires à l'intérieur des espaces libres du cir- cuit magnétique de fuite ,
L'invention est illustrée, à titre d'exempte, aux dessins annexés dans Iesquels
La fig. 1 est un sbhéma les connexions du conver- tisseur de courant triphasée en courants monophasés.
La fig. 2 représente une coupe d'une forme d'exécu- tion du convertisseur .
La fig. '3 représente une vue en bout du convertisseur
La fig. 4 est une section prise suivant la ligne IV-IV de la fig. 3 .
La fig. 5 est un diagramme de fonctionnement des transformateurs et convertisseurs en général .
<Desc/Clms Page number 4>
La fig. 6 est un diagramme de fonctionnement du convertisseur conforme à l'invention.
La fig. 7 est une vue d'une armature cylindrique destinée à être adjointe au convertisseur des fige 1, 2 et
3.
La fige 8 représente une coupe suivant la ligne
VIII-VIIII de la fige 2, les enroulements n'étant pas représen- tés.
La fig. 9 représente une section incomplète prise sur l'axe d'un convertisseur représentant une autre forme de l'invention.
Les fige 10, 11, 12, 13,14 représentent plusieurs autres formes de l'invention.
La fig. 15 est un graphique représentant la forme de la courbe de la force électromctrice du convertisseur de la figo14 .
Les fige 1, 2, 3, et 4 représentent une pre- mière forme d'exécution de l'invention. Le convertisseur est spécialement agencé pour alimenter un poste de sou- dure à l'arc mais il est évident que ce convertisseur peut être employé pour n'importe quelle autre application.
Sur la fige 1 le convertisseur est désigné par 20. Il comprend de préférence un enroulement primaire triphasé 21 qui est relié par les conducteurs 22 23 et 24 à une source de courants triphasés. Les conducteurs 22, 23, 24 sont connectés à l'enroulement 21 de telle sorte que le nombre de spires effectives de la machine puisse être ajusté à volonté.
L'enroulement 21 est visible sur la fige 2 qui représente une coupe du convertisseur 20, l'enroulement 21 étant porté par un stator 26 'sur lequel est également bo- @
<Desc/Clms Page number 5>
biné un enroulement secondaire monophasé 27; ce stator étant de préférence établi en tôles feuilletées. Il est bien entendu que les positions des enroulements 21 et 27 peuvent être inversées .
Ainsi qu'il est indiqué sur la fig. l, une des bornes de l'enroulement monophasé 27 est connectée à léleetrode 28 d'un poste de woudure à l'arc désigné par 29. L'électrode 28 peut comprendre le métal sur le- quel le travail sera effectué.
Le poste de soudure 29 comprend aussi une électrode 31 qui est généralement manipulée par l'opé- Dateur pendant le travail. L'électrode 31 est réunie à l'autre borne de l'enroulement 27 de telle manière que le nombre de spires effectives de l'enroulement peut être modifié à volonté. Dans certains cas, les deux élec- trodes peuvent être manipulées par l'opérateur pendant le travail.
UN rotor 33 établi de préférence en tôles feuilletées et prévu soit du type à pôles saillants soit du type cylindrique, comprend) un enroulement 34 du type à cage d'écureuil et peut aussi comprendre éventuellement un deuxième enroulement 35 alimenté par une source à courant continu; par exemple, une batterie d'accumula- teurs 37, ayant un de ses pôles connectés par un frotteur 39 à une borne de l'enroulement 35, l'autre pôle de la batterie 37 étant relié par l'intermédiaire d'une résis- tance variable 40 et d'un frotteur 39a à la deuxième borne de l'enroulement 35
L'enroulement 34 peut être également d'un en-
<Desc/Clms Page number 6>
roulement ordinaire mis en court-circuit, ou encore un cylindre conducteur.
L'enroulement 34 a pour rôle d'é- quilibrer la charge sur les phases d'alimentation. Quand l'enroulement 35 est employée le rotor tourne exactement à la vitesse de synchronisme sans glissement et il est alors aisé, en faisant varier la valeur du courant continu dans l'enroulement 35, de régler le facteur de puissance du convertisseur.
La fig, 3 représente schématiquement le moyeu par lequel le nombre de spires effectives des enroulements
21 et 27 peut être modifié à volonté. Cet arrangement peut être tel que le rapport entre le nombre de spires,. entre les deux enroulements, reste constant. D'après la fig. 3 on voit un moyeu 42 qui peut être mobile autour d'un axe 43 et isolé électriquement de colui-ci; un cer- tain nombre de commutateurs 45, 46, 47 et 48 peuvent tour- ner et frotter sur un certain nombre de plots 49, 50. Les plots 49 sont reliés aux différentes prises de l'enroule- ment 27 et les plots 50 sont reliés aux trois bras de l'en- roulement triphasé 21.
Cet arrangement est tel que lorsque le moyeu 42 est déplacé angulairement autoue de l'arbre 43 de ma- nière à amener le commutateur 48 sur un plot 49 déterminé, les commutateur 45, 46, 47 s'engagent sur les plots 50 de telle sorte que le rapport entre le nombre effectif de spires des enroulements 27 et 21 reste constant .
Pour maintenir les commutateurs 45, 46 47 et 48 dans la position désirée, il est prévu un levier 52 qui comporte à son extrémité libre un ergot 53 (Fig. 3 et 4) adapté pour s'engager dans des trpus ou logements 54 for-
<Desc/Clms Page number 7>
més dans le support 55 du convertisseur 20. l'ergot est poussé contre le support 55 par un ressort à lames 56 ou dispositif équivalent agencé de telle sorte que l'ergot peut être retiré des logements 54 pour permettre au le- vier d'être déplacé angulairement.
Dans certains cas, il peut être préférable de monter le commutateur 48 de telle façon qu'il puisse être déplacé indépendemment des commutateurs 45, 46, 47 afin de faire varier le rapport de transformation des enroulements 21 et 27 et par suite la tension de l'enrou- lement 27 .
Comme le montre la fig. 2, l'enroulement se. condaire 27 est espacé de l'enroulement primaire 21 et que le fer du stator 25 forme un circuit magnétique de sorte que l'enroulement 26 débitera du courant monophasé dans le poste de soudure 29 lorsque l'enroulement 21 sera alimenté par un courant triphasé au moyen des conducteurs 22, 23, 24
Dans le stator 26 et entre les enroulements 21 et 27 se trouve ainsi ménagé un circuit magnétique 60 pour le flux magnétique de fuite.
Ce circuit de fuite 60 est entrecoupé d'espaces libres ou ouvertures 58 qui aug- mentent sa réluctance
Autour de l'enroulement 27 se trouve le cir- cuit magnétique continu 61 par lequel presque tout le flux magnétique engendré par l'enroulement 21 de la machine, passe quand il n'y a pas de courant dans l'enroulement 27, Mais en charge, le flux produit par le courant passant dans l'enroulement 27 tend à s'opposer au flux principal
<Desc/Clms Page number 8>
et à le faire suivre le circuit de fuite 60. La propor- tion du flux de fuite passant en 60 par rapport au flux total passant en 60 et 61, détermine la valeur du courant électrique passant dans l'enroulement 27 et si la machine est agencée de telle sorte qu'on puisse augmenter ou di- minuer le flux en 60 par rapport à 61, le courant dans 27 diminuera ou augmentera respectivement .
La fige 5 représente le diagramme de fonc- tionnement des transformateurs ou convertisseurs en géné- ral. Dans ce diagramme, la ligne AB représente la direc- tion du courant dans le circuit secondaire. La ligne AC représente la tension en charge dans l'enroulement secon- daire. Cette ligne fait avec la ligne AB un angle qui re- présente l'angle de décalage entre le courant et la ten- sion dans le circuit secondaire .
La ligne AD représente la force électromotrice à vide dans l'enroulement secondaire et la ligne CG la chute de tension ohmique. La ligne DG représente la chute de tension inductive et la chute de tension total est représentée par !la ligne DC.
La longueur de la ligne DG est égale L # I où L représente le coefficient d'intduction du convertisseur .
Ce coefficient est très %rand dans la machine faisant l'objet du présent brevet par suite des fuites magnétioues importantes dans le circuit 60 entre les enroulements 27 et 21.
# pulsation
I = intensité du courant absorbé par le poste de soudure 29.
La fige 6 représente le même diagramme que la fig. 5 mais appliqué au convertisseur conforme à l'in- vention .
<Desc/Clms Page number 9>
La ligne A' B' donne la direction du cou- rant circulant dans le circuit comprenant l'enroulement se- oondaire 27 et la ligne A' C' représente la tension aux bornes de cet enroulement 27. Cette tension est pratique- ment en phase avec le courant par suite de la self*indue,* tion très faible de l'are par rapport à sa résistance .
La ligne C' D' représente une valeur représen- tée par la ligne DG de la fig. 5. La ligne CG est négligée parce que la valeur qu'elle représente est ici, excessive- ment petite, comparée à la valeur représentée par la ligne DG ou la ligne CE. Ceci est dû à la grande valeur de L par rapport à la résistance de la machine . Evidemment, la ligne C'D' est pratiquement équivalente à l'une ou l'autre des lignes DG et CD et la longueur de la ligne C' D' peut être exprimée par la formule suivamte : C'D' L # I
On sait que la tension aux bornes d'un arc est une fonction de la longueur et que pour faire une bonne soudure, il est désirable de maintenir la lon- gueur de l'arc aussi constante que possible .
Si la lon- gueur de l'arc entre les bornes 28 et 31 est maintenue cons- tante, la valeur de la tension en charge (représentée par la ligne A' C') est constante et la ligne A' H' qui est égale à la longueur de la ligne C' D' est constante, puisque e'est une composante de la ligne A' C' et de la ligne A' D' qui représente la valeur de la force élec- tromotrice à vide (cette force électromotrice étant cons- tante),
On peut ainsi représenter la ligne A' H' ou sa
<Desc/Clms Page number 10>
valeur par une constante K et écrire que ;
L # I = K ou
LI = K K' #
De cette formule, on tire l'intensité du cou- rant I en fonction de L et K', et l'on voit que tant que la longueur de l'arc est maintenue constante, l'intensité du courant I est constante. Mais il est très difficile pour un opérateur de maintenir la longueur de l'arc abso- lument constante pendant l'opération de soudures de dé- coupage ou de réparation et ainsi la tension aux bornes de l'arc, varie légèrement
En supposant que la tension aux bornes de l'arc varie entre les points C' et C' sur la fig. 6, l'intensité du courant passera de C' D' à C" D" et la puissanoe dans l'are a qui est égale au produit de l'in- tensité du courant par la tension, restera pratiquement constante; il se développera ainsi une quantité de chaleur constante dans l'arc.
La valeur A' H" donne l'intensité du courant à l'instant ou l'enroulement secondaire 27 est en court-circuit c'est-à-dire au moment où s'amorce l'arc.
Il est à remarquer que le courant circulant à ce moment est, très peu supérieur au. courant normal de fonationnement,
En pratique, il est parfois nécessaire d'em- ployer des électrodes de différents diamètres et en con- séquence de faire varier l'intensité du courant. Ainsi qu'il est établi ci-dessus, on a :
Dans le but de faire varier l'intensité du cou- rant, il est nécessaire de modifier la valeur du coefficient
<Desc/Clms Page number 11>
de self-induction L, c'est-à-dire le rapport du flux de fuite de la machine au flux utile.
Ce rapport varie en raison inverse du rapport de la réluctance du circuit ma- gnétique de fuite 60 à celle du circuit magnétique 610
Dans la représentation de l'invention aux fig. 1, 2, 3, on peut modifier ce rapport en faisant va- rier le nombre de spires primaires ce qui influe sur l'in- duction magnétique de la machine, c'est-à-dire sur le flux passant dans le rotor. Quand l'induction de la machine va- rie, la perméabilité du circuit 61 varie et naturellement les rapports mentionnés dans le précédent paragraphe va rient aussi proportionnellement .
Ainsi qu'il est indiqué plus haut,le nombre de spires effectives dans le secondaire peut être également changé dans le même rapport que le nombre de spires pri- maires. Ceci est nécessaire pour obtenir la même tension secondaire dans tous les cas .
Cependant, dans certains cas, il est préféra- ble d'augmenter ou de diminuer la tension à vide secon- daire en faisant varier le nombre de spires secondaires dans un rapport quelconque par rapport aux spires pri- maires.
D'autres moyens peuvent être employés pour faire varier le rapport des réluctances des circuits 60 et 61 afin d'obtenir les mêmes résultats qu'en changeant le nombre de spires dans les enroulements 21 et 27
Ainsi, la fig. 7 représente une armature 63 ayant un diamètre intérieur égal au diamètre extérieur du stator 26; cette armature 63 peut glisser sur le stator 26 pour accroître la section effective au passage du flux / du circuit magnétique 61 .
<Desc/Clms Page number 12>
Un autre mode de réglage de la réluctance du circuit de fuite 61 consiste à faire pénétrer plus ou moins dans les espaces libres 58 des noyaux feuilletés 64 (fig. 2 et 8).
Les noyaux 64 peuvent être montés sur une bague ou pièce analogue 95 de telle façon qu'ils puissent être déplacés ensemble dans les ouvertures 58. Natu- rellement, les noyaux 64 peuvent être manoeuvrés par un dis- positif quelconque et peuvent être à section constante ou variable.
La fig. 9 représente une autre forme de l'in- vention suivant laquelle les noyaux 64 de la fige 2 sont remplacés par un certain nombre de noyaux 100 ; répartis régulièrement à la périphérie du stator. Les noyaux 100 sont agencés de façon à être déplacés radialement par rapport à l'axe de rotation du rotor et on notera qu'ils sont placés dans le stator de telle sorte que la relues tance des chemins magnétiques associés aux enroulements du stator varie quand les noyaux 100 seront déplacés ,
Dans le convertisseur qui vient d'être décrit, les positions respectives des enroulements triphasés et monphasés peuvent être évidemment inversées .
Une autre forme de l'invention est illustrée par la fig, 10 dans laquelle 172 désigne un enroulement secondaire monophasé qui peut être bobiné dans le stator, 26 à la place de l'enroulement 27 de la fig. 1 .
L'enroulement 172 est connecté par les con- ducteurs 185 et 186 aux électrodes de soudure à l'arc 189.
Le conducteur 185 comprend un certain nombre de spires 185a qu'on peut placer dans les ouvertures 58 prévues dans
<Desc/Clms Page number 13>
le stator 26, les noyaux 64 en étant préalablement sortis.
Les spires 185a peuvent être déplacés en avant ou en arrière, dans les ouvertures 58 pour produire un effet inverse de celui obtenu par les mouvements des noyaux 64.
La fige Il représente une autre forme de l'in- vantion, 105 désigne le rotor qui est placé entre une ar- mature 106 et une armature 107, les armatures 106 et 107 étant construites de telle sorte qu'elles constituent le stator pour le rotor 105. Un enroulement monophasé 108 est porté par l'armature 106. et un enroulement triphasé 109 est monté sur 107. ou vice-versa.
Le roter 105 reçoit les mêmes enroulements que sur les fig, 1 et 2 et porte un certain nombre de noyaux 112 qui peuvent être glissés dans des encoches 113 formées dans le rotor 105, cette construction étant telle que les noyaux 112 peuvent être manipulés de la même fa- con que les noyaux 64 de la fig. 8 ,
La fige 12 indique une autre forme de l'in- vention comprenant un stator 115 et un rotor 116 comportait des encoches. Le stator 115 est pourvu d'ouvertures 118 qui correspondent aux ouvertures 58 des fig. 2 et 8 et une armature 119 est placée à côté du stator et concen- triquement de telle façon qu'elle puisse être déplacée contre le stator. Evidemment, l'armature 119 agit de la même façon que les noyaux 64 et 100 pour le réglage de l'intensité du courant .
La fige 13 représente une autre forme de l'in- vention qui comprend un rotor 120 placé entre deux araa- tures 121 et 122 qui constituent le stator. Le rotor 120 est
<Desc/Clms Page number 14>
pourvu des mêmes enroulements que les machines ci-dessus mentionnées . l'enroulement 126 est monophasé et l'enroule- ment 127 est triphasé ou vice-vers'. Cette machine peut être employée pour la soudure à l'arc avec un réglage de l'intensité du courant, soit par une résistance, soit par une réactance en série avec l'arc.
Dans toutes les machines décrites ci-dessus toutes sortes d'enroulements triphasés ou d'enroulements polyphasés peuvent être employés.
Dans certains cas, on peut bobiner une partie de l'enroulement monophasé dans les encoches de l'enroule- ment polyphasé dans le but d'accroître la valeur du cou- rant les fig. 14 et 15 représentent encore une autre forme de l'invention, la référence 130 désigne le stator et le chiffre 131 désigne le rotor, Ce dernier est pourvu d'un enroulement 132 et de préférence d'un enroule- ment 133 lesquels enroulements sont identiques aux enroule- ments 34 et 35 respectivement . Dans le stator 130 sont placées six encoches 135 équidistantes les unes des autres et deux encoches 137 diamétralement opposées.
Un enroulement triphasé 139 est disposé dans les encoches 135, l'arrangement étant tel que chaque côté de la bobine formant une phase soit placé dans une paire d'encoches 135 diamétralement opposées. Dans les encoches 137 du stator 130 est bobiné un enroulement monophasé 140.
La fabrication et le montage de la machine sont relative- ment simples puisque les enroulements 139 et 140 peuvent être faits entièrement sur une forme et posés ensuite dans la machine .
<Desc/Clms Page number 15>
D'autre part, il est bien connu que pour avoir un arc s'amorçant très aisément, il est nécessaire que la force électro 'motrice dans le circuit de soudure ait une forme analogue à celle de la fig. 15 .
Tout le flux de fuite ci-dessus mentionné aide à produire cette courbe, mais la disposition des en- roulements 139 et 140 dans la. machine, fig. 14, estspé- cialement adaptée à ce dessin .
On comprendra que toutes les précédentes méthodes de réglage décrites ci-dessus peuvent être em- ployées avec ce nouveau dispositif. C'est ainsi qu'on.peut encore y faire varier le nombre effectif de spires dans les enroulements et déplacer des noyaux laminés 142 lon- gitudinalement dans les encoches 137 .
Les côtés de l'enroulement 140 sont pré- férablement liés aux noyaux 142 de telle façon qu'ils puissent être déplacés radialement avec eux, mais il est évident que les noyaux 143 et l'enroulement 140 devront pouvoir aussi être déplacés indépendemment l'un de l'autre. Naturellement, si l'on veut que les conducteurs 140 de l'enroulement puissent se déplacer avec les noyaux 143, ils doivent être reliés par des connexions flexibles .
Toutes ces machines peuvent être bobinés avec un nombre quelconque de pôles; le convertisseur de la fig, 14 comporte deux pôles et est bobiné avec une encoche par pôle et par phase.
Les enroulements monophasés et polyphasés peuvent être bobinés sur la partie tournante de la machine
<Desc/Clms Page number 16>
et la cage d'écureuil et l'enroulement à courant con- tinu peuvent être bobinés sur le stator
On pourra également prévoir l'alimentation en courant continu de l'enroulement 35 de la fig. 2 par un collecteur dont les lames seront réunies soit à l'en- roulement primaire soit à lien:roulement secondaire. Dans le cas où ces lames seraient réunies au primaire, cet en- roulement devra être fermé, c'est-à-dire polygonal.
Le collecteur sera soit fixe, soit tournant, suivant que les enroulements primaires et secondaires seront montés sur le stator ou sur le totor. Il est évident que dans le cas d'un collecteur fixe, les balais devront tourner au syn- chronisme et seront montés sur l'axe du rotor. le nombre d'encoches prévu pour les enroule- ments et le n6mbre d'ouvertures dans le circuit de fuite peut être quelconque. La forme et les dimensions de ces différentes encoches et ouvertures peuvent être également quelconques sans pour cela sortir du cadre de l'invention .
La présente description est relative à l'a- limentation d'un poste de soudure à l'arc, mais il est évident que le même poste pourrait être employé pour le découpage à l'arc, De même, la présente invention s'applique à l'alimentation de tous les appareils utilisant les pro- priétés thermiques de l'électricité .
Enfin, il est bien entendu que les dispositifs ci-dessus décrits peuvent être utilisés soit individuelle- / ment, soit en combinaison.