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"TRANSFORMATEUR POUR ALIMENTATION D'ARC DE SOUDURE ELECTRIQUE"
La tension nécessaire à l'alimentation d'un arc de soudure électrique doit avoir une valeur initiale relativement élevée, d'environ 85 volts, afin de permettre un amorçage facile de l'arc; sitôt l'arc allumé, elle doit automatiquement se réduire à une valeur beaucoup plus faible, 25 à 30 volts, qui est la tension normale existant aux bornes d'un arc. En courant alternatif, l'arc s'éteignant à chaque demi-période, doit être rallumé, il est donc nécessaire que chaque onde de tension commence par une pointe qui se réduit très rapidement à une valeur juste suffisante pour entretenir l'arc jusqu'à la fin de la demi-période.
Pour réaliser cette forme de tension, on sait qu'il suffit d'utiliser une tension sinusoïdale, de valeur assez élevée, combinée avec une self-inductance branchée en série dans le circuit de l'arc. A la fin de chaque demi-période, le courant étant nul et l'arc éteint, il n'y a pas de chute de tension dans la self,
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la tension appliquée aux électrodes est la tension à vide du transformateur qui s'élève rapidement jusqu'à la valeur nécessaire à l'amorçage de l'arc; aussitôt celui-ci allume-, la variation du courant qui circule dans la self y produit une chute de tension qui ramène la tension appliquée aux électrodes à la valeur exactement nécessaire pour entretenir l'arc amorcé.
Ce procédé, qui a été beaucoup appliqué, donne de bons résultats en soudure mais présente l'inconvénient de conduire à un mauvais facteur de puissance de l'énergie consommée à cause de la puissance réactive prise par la self.
Aussi a-t-on cherché à alimenter l'arc directement avec une tension ayant la forme nécessaire, et on n'y était arrivé, jusqu'à présent, qu'en utilisant des combinaisons de plusieurs transformateurs présentant les inconvénients de toutes les installations complexes : prix de revient élevé, augmentation des chances d'acci- dent, mauvais rendement, etc..
¯ La présente invention concerne un transformateur unique donnant directement la forme de tension nécessaire à l'alimentation de l'arc de soudure.
Ce transformateur se compose d'un circuit magnétique triphasé dont deux des noyaux seulement portent des enroulements primaires alimentés en V par un réseau triphasé. Les flux de ces deux enroulements s'ajoutent géométriquement dans le troisième noyau.
Suivant le couplage adopté ce flux résultant peut avoir une valeur maximum égale à celle des flux initiaux, ou être fois plus grand.
Il est donc aisé de saturer le troisième noyau, soit en utilisant ce dernier couplage, soit en réduisant la section du. noyau ou en utilisant pour sa construction un alliage à basse saturation, soit encore en combinant à la fois ces divers moyens, sans que l'induction dans les deux autres noyaux atteigne une valeur anormalement élevée.
Pour atteindre l'induction théorique dans le noyau saturé, le courant angnétisant devrait avoir une valeur très élevée, mais à cause de la dispersion magnétique des noyaux non saturés, le cou-
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rant est limité. Il en résulte que le flux qui circule dans le noyau saturé acquiert une fome tronquée d'allure trapézoïdale, et on sait qu'un tel flux, en traversant un enroulement, y induit une force électromotrice de forme pointue.
Les fractions des flux des enroulements primaires, qui ne peuvent plus passer par le troisième noyau à cause de la saturation, se ferment par l'air à la manière d'un flux de dispersion.
Les flux qui circulent dans les noyaux non saturés res- tent sinusoïdaux puisqu'ils doivent, aux chutes de tension près, équilibrer les tensions sinusoïdales d'alimentation. Ils induiront donc, dans les enroulements secondaires qu'ils traversent, des ten- sions sinusoïdales.
Dès lors, pour réaliser la forme de tension nécessaire pour amorcer et entretenir l'arc de soudure, il suffit de placer trois secondaires sur les trois noyaux du circuit magnétique décrit - ci-dessus; les secondaires des noyaux non saturés seront couplés entre eux en série de manière que la phase de leur tension résul- tante soit décalée en arrière de 90 par rapport à la phase de la tension pointue produite par l'enroulement du noyau saturé. Cet an- gle de décalage pourrait au besoin être différent de 90 en modifiai soit le couplage, soit les valeurs relatives des deux tensions se- condaires sinusoïdales.
Le décalage de 90 présente cependant un avantage sur tous les autres car, avec lui, la tension sinusoïdale est toujours nul- @ le au moment où la tension pointue passe par son maximum. Il s'en- suit que la valeur maximum de la tension totale secondaire ne dé- pend pas de l'amplitude de la tension sinusoïdale; en d'autres ter- mes, la pointe de tension servant à l'allumage de l'arc est indé- pendante de l'amplitude de la tension sinusoïdale destinée à entre= tenir l'arc amorcé. On peut donc alors régler le courant dans l'arc en faisant varier seulement l'amplitude de la tension sinusoïdale, ce que l'on obtient aisément en plaçant des prises de réglage sur les secondaires des noyaux non saturés.
Les selfs de réglage du courant dans l'arc peuvent ainsi être complètement supprimées.
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La figure 1 du dessin ci-annexé représente la courbe de tension nécessaire à l'alimentation d'un arc de soudure, courbe qui a été définie précédemment.
La figure 2 montre une forme de réalisation du transformateur, objet de l'invention.
La figure 3 est le diagramme vectoriel du flux et des tensions du transformateur de la fig. 2. i est un circuit magnétique à trois branches ou noyaux 2, 3 et 4 d'égale section. Les noyaux 2 et 4 portent respectivement des enroulements primaires 5 et 6 connectés en A, B et C, comportant un nombre égal de spires. Ces enroulements 5 et 6 produisent des flux égaux #3 et 4 qui, en s'additionnant géométriquement (fig.3), produisent le'flux 3 du noyau 3.
Dans le coüplage représenté sur la figure 2, ce flux #3 est égal à #3 #2.
Le noyau 3, bien que de même section que les noyaux 2 et 4, peut être saturé alors que ces derniers ne le sont pas.
7, 8 et 9 désignent trois enroulements secondaires placés respectivement sur les noyaux 2,3 et 4 et mis en série comme indiqué sur la figure 2.
Les secondaires 7 et 9 sont le siège de forces électromo- trices sinusoïdales dont la somme géométrique donne une force électromotrice sinusoïdale décalée de 90 en arrière sur la tension pointue induite dans le secondaire 8 du noyau saturé 3. 32, e3 et e4 sont les tensions induites respectivement dans les secondaires 7, 8 et 9. La tension e2 - e4 est la tension sinusoïdale résultante, qui est en arrière de #2 sur la tension de pointe e3. La somme des tensions e2 - e4 et e3, que l'on réalise par le couplage de la figure 2, donné, entre les extrémités 10 et 11 du secondaire une tension. de la forme représentée sur la figure 1 et convenant pour la soudure à l'arc.
12, 13, 14 et 15 (figure 2) désignent des prises destinées au réglage du courant dans l'arc.
La figure 4 du dessin ci-annexé représente une autre réalisation de l'invention et la figure 5 le diagramme vectoriel cor-
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respondant.
Le circuit magnétique 1 possède encore trois noyaux 2, 3 et 4 mais le noyau 3 est de section plus petite que les deux autres, Les flux 2 et 4 produits par les enroulements primaires identiques - 5 et 6 plaéés respectivement sur les noyaux 2 et 4 s'ajoutent géométriquement pour produire le flux #3 qui tend à se fermer dans le noyau 3. Les couplages des primairës 5 et 6 sont réalisés de manière à ce que la valeur maximum du flux soit égale à celle des flux 12 et #4. A cause de la section plus petite du noyau 3, celui-ci séra saturé alors que les noyaux 2 et 4 ne le sont pas.
Dans ces conditions on obtiendra encore une tension pointue dans le secondaire 8 du noyau 3 et des tensions sinusoïdales dans les secondaires 7 et 9 des noyaux 2 et 4. Les trois secondaires 7, 8 et 9 étant réunis en série comme indiqué figure 4 le diagramme vectoriel sera tel que montré figure 5, sur laquelle on voit que la tension sinusoïdale e2 - e4 est décalée de 90 en arrière sur la tension pointue - e3.
La somme e2 - e4 - e3 donnera donc encore naissance à une force électromotrice ayant la forme montrée figure 1.
Il est loisible d'imaginer encore d'autres couplages, par exemple en utilisant trois enroulements primaires alimentés en étoile et en saturant un des trois noyaux, soit en réduisant sa section, soit en employant un métal magnétique à basse saturation. Le couplage à réaliser pour les secondaires s'obtiendra toujours facilement en traçant le diagramme vectoriel correspondant, analogue à ceux des figures 3 et 5.