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Bobine de réactance réglable, notamment pour appareils de soudure.
La présente invention a pour objet une bobine de réactance réglable, plus particulièrement destinée à régler le courant d'un appareil de soudure non rotatif alimenté par du courant polyphasé. Il est connu de régler le courant dans ces appareils en modifiant la réactance d'une bobine de réac- tance polyphasée intercalée dans le circuit primaire du trans- formateur de soudure.
Dans ces dispositifs connus on obtient un réglage continu en munissant le noyau de fer de la bobine de réactan- ce d'un entrefer réglable. Toutefois, les grandes forces ma-
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gnétiques se produisant dans ces constructions entrainent des difficultés rendant une bonne construction assez coûteuse.
On peut réaliser un réglage discontinu en modifiant simultanément et graduellement le nombre de spires des phases des bobines de réactance individuelles. Toutefois, ce régla- ge présente l'inconvénient de donner seulement une mesure approximative, à moins qu'on ne prévoie un grand nombre de dérivations et un appareil de couplage compliqué correspon- dant.
La présente invention a pour but d'obtenir un ré- glage plus simple et sensiblement continu.
Dans le dispositif de réglage faisant l'objet de la présente invention l'enroulement de la bobine de réactan- ce comporte plusieurs dérivations amenées à une série de contacts d'un appareil de couplage spécial, suivant l'ordre de succession cyclique des phases et en outre dans l'ordre de leurs distances de l'origine de l'enroulement à phases en question, où les différents points de dérivation peuvent être reliés aux conducteurs de phase et à un centre d'étoile de façon à obtenir une série d'étages de réglage. Pour obtenir un montage en polygone on relie dans chacun de ces étages trois dérivations successives, chacune au conducteur de pha- se précédent ou au conducteur de'phase suivant, ou bien au point neutre si l'on désire obtenir un montage en étoile.
De la sorte le nombre d'étages qu'on obtient avec un même nombre de dérivations est beaucoup plus grand qu'avec les bobines de réactance réglables connues, étant donné qu'une partie seulement d'un enroulement de phase comprise entre deux points de dérivation est ajoutée chaque fois, et en outre on utilise les mêmes dérivations pour additionner la série d'étages de réglage montés en étoile d'une série de 1
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degrés de réglage immédiatement subséquente dans un montage en triangle. La bobine de réactance régulatrice faisant l'ob- jet de l'invention est très simple, peu encombrante et peu coûteuse.
Dans un mode de réalisation convenable, ceci est réalisé en prévoyant dans l'appareil de couplage, d'un côté de la série des contacts reliés à la dérivation, une série comportant un même nombre de contacts reliés dans un ordre de succession cyclique aux conducteurs de phase, et de l'autre côté une série comportant un nombre correspondant de contacts qui sont tous reliés entre eux, les différents couplages étant réalisés en prenant soin que chaque fois un nombre de contacts successifs de la série médiane correspondant au nombre de phases soit relié aux contacts adjacents soit de l'une soit de l'autre série.
De préférence, les points de contact de l'appareil de couplage sont constitués par des douilles de contact, tandis que la mise en circuit s'effectue à l'aide d'un contact à fiches comportant deux séries de trois fiches qui sont re- liées les unes aux autres par paires.
Le montage décrit plus haut convient moins à être utilisé pour un transformateur polyphasé ordinaire ou pour une bobine de réactance polyphasée, étant donné que dans toutes ou dans un certain nombre de positions de couplage en polygone le nombre de spires mises en circuit des différentes phases n'est pas le même, de sorte que le total des champs magnétiques dans les noyaux des bobines de réactance n'est pas zéro dans ces cas.
Pour obtenir néanmoins une construc- tion compacte et réaliser une économie de matières, il est avantageux d'utiliser une bobine de réactance triphasée se composant de trois bobines de réactance à gaine monophasée,
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mais dans laquelle deux culasses sont omises, tandis que la culasse inférieure de l'une des bobines de réactance sert en même temps de culasse supérieure pour la suivante, et dans laquelle l'enroulement de la bobine de réactance média- ne est connectée inversement par rapport à ceux des bobines de réactance extérieures.
L'invention va être décrite plus en détail en se référant au dessin annexé, qui en représente, à titre d'exem- ple, un mode de réalisation.
La fig. 1 montre un montage d'un appareil de soudure à courant continu, dans lequel le courant alternatif est redressé à l'aide d'un redresseur de courant à atmosphère gazeuse, ce montage comportant une bobine de réactance ré- glable conforme à l'invention.
La fige 2 montre les couplages de l'enroulement de la bobine de réactance pour plusieurs étages de réglage.
La fig. 3 est un graphique indiquant l'allure du courant de soudure mesuré en fonction de la position du con- tact à fiches.
La fig. 4 montre schématiquement la construction des noyaux en fer de la bobine de réactance réglable suivant l'invention.
La fig. 5 est une vue en plan et la fig. 6 est une vue de côté d'un appareil de soudure réglable comportant une bobine de réactance réglable conforme à l'invention.
Sur la fig. 1 le transformateur de soudure 1 peut être relié au réseau électrique à travers un interrupteur 2 et un contact à fiches 3,ce quj. a pour effet de relieréga- lement au réseau les enroulements de la bobine de réactance
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réglable 4. En même temps le transformateur de chauffage 5 est mis en circuit. Le côté secondaire du transformateur de soudure comporte en total six enroulements à phases, qui sont reliés aux anodes de trois tubes redresseurs biphasés 6, 7 et 8, dont les cathodes sont alimentées par l'enroulement seconda.ire du transformateur de chauffage 5. La dérivation médiane de cet enroulement secondaire est reliée à la pièce à souder 9, tandis que des dérivations médianes des enroule- ments secondaires du transformateur de soudure 1 sont reliées à l'électrode de soudure 10.
La bobine de réactance de soudure 4 comporte trois enroulements à phases, dont les extrémités A1, A, A3 peuvent être reliées au réseau à travers le transformateur de soudure.
Chaque enroulement à phases de la bobine de réactance réglable comporte quatre dérivations, y compris le raccordement à l'extrémité de l'enroulement. Ces dérivations sont désignées par les références 11-22 suivant l'ordre de succession de leur distance de l'origine de l'enroulement en question. Si l'on traverse ces trois phases toujours dans le même sens on par- court les douze dérivations dans l'ordre de succession de la numération. Par conséquent, des trois dérivations successives arbitraires, il y a chaque fois une dérivation sur une phase.
On obtient une série de dix étages de réglage à con- nexion en étoile en reliant chaque fois une de trois dériva- tions successives à l'origine de l'enroulement à phases pré- cédent ou suivant.
La position des dérivations peut être telle que les dix étages de réglage à connexion en étoile se joignent immé- diatement aux dix étages de réglage à connexion en triangle.
La fig. 1 montre, à droite, comment les connexions 1 sont établies dans l'appareil de couplage.
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Les points de dérivation 11-22 sont reliés à une série de douilles de contact montrées à droite sur le dessin.
Ces douilles sont montées dans un plateau isolant 23 et por- tent les références des points de dérivation auxquels elles sont reliées.
Cette série constitue la série médiane de trois sé- ries de douilles de contact. Les connexions entre les douilles de contact et les points de dérivation ne sont pas représentées sur le dessin.
Les douze douilles de contact de la série supérieure sont reliées aux origines A1, A et A3 des trois enroulements à phases suivant l'ordre cyclique de telle manière qu'aucun de ces contacts ne se trouve à côté d'un contact de la série médiane correspondant à une même phase.
Toutes les douilles de contact de la série inférieure sont reliées entre elles et constituent le point neutre d'une connexion en étoile.
Avec ces contacts coopère un contact à fiches 24 com- portant six broches qui sont reliées par paires. Ce contact à fiches est montré séparément sur la fig. 1 et désigné par 24.
Cette disposition des contacts permet d'établir très facilement les connexions précitées. Si l'on désire obtenir une connexion en étoile on relie à l'aide du contact à fiches trois contacts successifs de la série médiane chacun àvec le contact adjacent de la série inférieure, et pour obtenir une connexion en triangle chaque fois avec le contact adjacent de la série supérieure.
Sur le dessin sont indiquées en pointillés, à titre d'exemple, quatre positions du contact à fiches, ces positions correspondant aux valeurs de courant réglables successives des modes de connexion I, II, XIX, XX de la fig. 2.
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Dans la position I les enroulements de la bobine de réactance réglable sont reliés de la manière indiquée à gau- che de la fig. 2, en haut. Alors les enroulements Al-22, A2-20, A-21 sont montés en étoile et le courant débité par le transformateur de soudure 1, c'est-à-dire le courant de soudure, devient minimum.
Si l'on déplace le contact à fiches vers la droite de manière à l'engager dans la douille suivante les parties de l'enroulement A-20 et A3-21 demeurent mises en circuit, mais à la partie Al-22 de l'enroulement se substitue une nouvelle partie d'un enroulement A1-19, c'est-à-dire que dans l'enroulement à phases A1 de la bobine de réactance ré- glable une partie 22-19 est mise hors circuit. A droite et en haut de la fig. 2 est indiquée la connexion ainsi établie.
Par conséquent, le courant continu débité augmente.
Quand le contact à fiches a été déplacé chaque fois vers la droite de cette manière, de façon qu'il s'engage dans la douille suivante, et lorsque tous les étages à con- nexion en étoile ont été parcourus, le contact à fiches est déplacé à nouveau vers la gauche, mais alors dans la position pour la connexion en triangle. Après avoir parcouru un cer- tain nombre de ces étages le contact à fiches vient occuper la position XIX donnée à titre d'exemple, de sorte qu'on obtient la connexion en triangle montrée à gauche de la fig.2, en bas. Si l'on désire augmenter encore le courant, le contact à fiches est déplacé à nouveau vers la gauche dans la posi- tion XX, ce qui a pour effet de remettre hors circuit une partie 11-14 dans l'enroulement en question de la bobine de réactance réglable.
La connexion ainsi établie est montrée à droite de la fig. 2, en bas. Dans ce cas on a atteint le dernier étage, c'est-à-dire l'intensité de courant maximum.
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La fig. 3 montre une courbe indiquant l'allure du courant de soudure mesuré dans les étages de réglages suc- cessifs, sur laquelle sont portés suivant une échelle logarith-: mique les nombres d'ampères du courant de soudure obtenu du côté secondaire du transformateur de soudure. Du fait que les points individuels de la courbe sont situés sur une ligne sensiblement droite il appert que l'augmentation proportion- nelle du courant est partout la même lors du passage de l'un des étages à l'autre.
Dans ce dispositif on obtient par suite à l'aide de quatre dérivations seulement par phase, y compris les raccor- dements d'extrémité, vingt étages différents dans l'intensité du courant de soudure. Dans le cas le plus défavorable les conducteurs reliant la bobine de réactance à l'appareil de couplage et les broches et douilles de cet appareil sont tra- versés par des courants ne s'élevant qu'à 1/V3 fois la va- leur du courant maximum du réseau, de sorte qu'on peut don- ner de faibles dimensions à l'appareil de couplage.
La commutation peut s'effectuer pendant que le dis- positif est sous tension, à moins que l'opération de soudure soit interrompue pendant un court intervalle, étant donné que dans ce cas le courant à interrompre ne se monte qu'à 1 VE fois la valeur du courant à vide du transformateur.
L'appareil de réglage est peu encombrant, simple et peu coûteux, et les vingt étages permettent un réglage sensi- blement continu. En outre le nombre d'étages peut être augmen- té d'une manière simple.
Lorsque les points de dérivation sur les différents enroulements à phases se trouvent uniformément écartés de l'origine il y aura des étages dans lesquels les différentes phases sont chargées symétriquement et d'autres ou elles sont @
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chargées asymétriquement comme le montre la fig.2. Toutefois, le dernier étage sera un étage symétrique, de sorte que la capacité maximum de l'appareil de soudure n'est pas réduite par le dispositif de réglage.
Conformément à un mode d'exécution les dérivations se succédant suivant la numération de la fig. 1 se trouvent écartées chaque fois d'une même distance plus loin des origi- nes de l'enroulement à phases. Une telle division offre l'avantage que la différence de charge maximum des différen- tes phases est considérablement inférieure à celle se produi- sant dans le mode d'exécution précédent.
Comme on l'a déjà dit plus haut il n'est pas recom- mandable d'utiliser le montage de réglage décrit pour un transformateur triphasé normal ou pour une bobine de réactan- ce triphasée, étant donné qu'ils ne possèdent que trois noyaux qui sont reliés magnétiquement entre eux par une culas- se du côté supérieur et inférieur, de sorte que la valeur totale des champs est nulle. Par conséquent la valeur totale des forces électromotrices induites par les champs dans les trois enroulements n'est pas nulle pour les connexions où les nombres de spires ne correspondent pas, ce qui a pour consé- quence qu'il se produirait des courants de compensation inad- missibles dans les connexions en triangle asymétriques. Ceci s'applique aussi aux exécutions polyphasées ayant un nombre de phases autre que trois.
On peut utiliser le montage si l'on prévoit m noyaux monophasés séparés au lieu d'un noyau à m-phases com- biné. Dans ce cas, cependant, on n'obtient pas l'avantage de l'économie de matériaux et de la construction compacte de l'exécution combinée. Cet avantage disparait également en partie si la construction polyphasée est munie d'un noyau addi-
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tionel sans enroulement reliant magnétiquement les noyaux.
Toutefois, cette construction, dans laquelle le courant de compensation est supprimé, il est vrai, présente d'autres inconvénients.
La construction du noyau polyphasé montrée sur la fig. 4 permet d'obtenir une même grande économie de matériaux comme la construction normale à trois branches, et en outre elle offre différents autres avantages.
On peut s'imaginer que le dispositif représenté sur le dessin à été établi de telle façon que trois noyaux à gaine monophasés 25, 26 et 27 soient assemblés, mais que deux culasses soient omises. Si les champs magnétiques des trois noyaux représentés sont désignés par F1, F2, F3, les culasses 28, 29, 30 et 31 sont traversées par les champs suivants:
1/2F1, 1/2 (F2-F1), 1/2(F3-F2), -1/2F3
On admettra que les champs Fl, F2 F3, sont posi- tifs dans les directions indiquées sur le dessin par des flèches. Avec le même sens de l'enroulement et de connexion des trois bobines chacune des deux culasses médianes serait traversée suivant la relation précitée par un champ ayant une valeur correspondant approximativement à Ú"3 fois la valeur du champ des culasses extérieures.
Toutefois la bobine de l'enroulement médian des trois enroulements monophasés est connectée inversement, de sorte que la relation existant autrement entre les champs des noyaux, soit Fl + F2 + F3 = 0 doit maintenant être remplacée par
F1 - F2 + F3 = 0 ou F2 = F1 + F3
Si l'on introduit cette expression pour F2 dans les
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relations précitées, ces dernières deviennent
1/2F1 ; 1/2 F3 ; -1/2F1 ; -1/2F3 Il s'ensuit que les quatre champs des culasses sont égaux.
Par conséquent, il n'est pas nécessaire que les deux culasses médianes soient plus épaisses que les culasses extérieures.
Dans ce cas la consommation de matériaux est pratiquement autant faible que dans la construction triphasée combinée normale et en outre le dispositif décrit présente les avan- tages suivants:
1.- les inductions des champs de dispersion mutuel- les sont pratiquement nulles. Par conséquent, on n'est pas gêné, comme c'est le cas avec la bobine de réactance à trois branches ordinaire, par l'inégalité de ces inductions mutuel- les et par la charge inégale des tubes redresseurs en résul- tant. Cet inconvénient se présente aussi dans le cas où la bobine de réactance à trois branches comporte les mêmes nom- bres de spires sur les trois noyaux.
2.- On peut régler séparément l'entrefer de chaque noyau des bobines de réactance, à l'opposé de la construc- tion à trois branches, ce qui permet de compenser des inéga- lités entre les trois phases existant pour d'autres raisons.
3.- On peut utiliser le poinçon d'estampage normal pour des bobines de réactance monophasées étant donné qu'une partie seulement de la bande de tôle est placée sous le poinçon.
4. - Au lieu de serrer les culasses entre des cor- nières, on serre les noyaux latéraux entre des bandes de laiton. A cet effet on peut utiliser les trous à boulon pour les percés dans les tôles. Si l'on utilise des bandes commu- @
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nes pour les trois bobines de réactance,elles sont assemblées de façon à constituer un ensemble. Il est nécessaire de munir les bandes de trous ovales afin de pouvoir régler les entre- fers. On ne court pas le risque que les bandes de laiton soient chauffées à l'incandescence par le champ alternatif, comme c'est le cas avec les cornières.
5. - Il n'est pas nécessaire de tresser les tôles dans les bobines, car les bobines peuvent être glissées sur des noyaux faits d'avance.
Les figs. 5 et 6 montrent la disposition de la bo- bine de réactance réglable 4 dans un appareil de soudure rou- lant.
La fig. 5 montre les tubes redresseurs 6, 7 et 8 disposés dans un compartiment séparé. En outre cette figure montre en plan le plateau 23 comportant les douilles de con- tact et le contact à fiches 24.
Comme le montre la fig. 6 le dispositif de couplage est placé au-dessus de la bobine de réactance 4, de sorte que les douze fils de raccordement sont aussi courts que pos- sible, tandis que l'ensemble est bien ordonné.
L'appareil de réglage est monté sur le bottier, c'est-à-dire à un endroit facilement accessible et bien éclairé. Au-dessus de cet appareil on peut prévoir un couver- cle rabatable.
Un ventilateur (non représenté) logé dans le boîtier et destiné à refroidir les tubes redresseurs, permet en même temps de refoidir la bobine de réactance et les autres élé- ments.
L'invention est susceptible également de recevoir d'autres formes d'exécution. Il est aussi possible, par exemple, de remplacer la série inférieure de douilles de con-
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tact montrée sur la fig.l par un contact à fiches tripolaire, dont les fiches sont reliées électriquement entre elles, et qui peut être enfoncé dans la série médiane de douilles de contact pour obtenir les étages de réglage en connexion en étoile.
Il va. sans dire que l'appareil de réglage peut aussi être muni de bobines de réactance monophasées, mais dans ce cas on n'obtient pas les avantages de la construction combinée.