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Perfectionnements dans les circuits à courant alternatif.
La présente invention se rapporte à des dispositifs pour la transformation de courant alternatif multiphase dans du courant alternatif monophase. Le mot multiphase comprend également le courant à deux phases.
L'objet de l'invention consiste à créer un dispositif per- fectionné au moyen duquel un appareil employant du courant mono- phase peut être actionné par un circuit d'alimentation multipha- se de telle manière que la demande au circuit d'alimentation multiphase soit répartie uniformément à chacune des phases. c'est-à-dire, la valeur R.M.S. (probablement Reverse Mutual Reductance - Réductance Mutuelle Réversible) des courants tra- versant les conducteurs du circuit d'alimentation sont essen- tiellement égaux,
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Il est généralement connu que si des appareils utilisant du courant monophase sont actionnés par une phase unique d'un système de circuit d'alimentation monopnase, la charge impliquée au systè- me d'alimentation est une charge non équilibrée.
On sait en outre qu'une charge non équilibrée est désavantageuse. Une forme d'exé- cution de la présente invention est décrite ci-après à titre d'e- xemple comme application à une soudeuse par résistance. Dans ce domaine les charges peuvent être très grandes et le non équilibra- ge en/résultant du système multiphase est désavantageux en propor- tion. Différents moyens pour éliminer cette difficulté ont déjà été proposés, y compris l'emploi d'un convertisseur rotatif, don- nant un circuit monophase de sortie, même en fonctionnant sur un circuit d'entrée multiphase. Les frais d'installation d'un tel appareil sont cependant très élevés.
Un autre procédé préconisé consiste dans la rectification du circuit d'alimentation multi- phase et dans l'interruption du courant direct en résultant, pour produire des pulsations de courant continu qui sont mises en cir- cuit dans l'enroulement primaire d'un transformateur de soudeuse de manière à produire un courant alternatif monophase dans l'enrou- lement secondaire de ce même transformateur, qui peut être utilisé pour le soudage à résistance. La présente invention se distingue de ce procédé du fait qu'aucune rectification dans le sens normal du mot n'est exécutée,le courant monophase étant produit par synthèse à partir des périodes ou des parties de périodes d'un courant dérivé des périodes du circuit d'alimentation multiphase.
Conformément à l'invention, dans un dispositif pour la trans- formation de courant alternatif multiphase dans du courant alter- natif monophase, une charge est raccordée automatiquement à tour de rôle à chaque phase d'un circuit d'alimentation multiphase pour une période prédéterminée et en est déconnectée, de sorte qu'un
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courant alternatif monophasé soit obligé de passer dans la charge, la demande au circuit d'alimentation multiphase étant répartie uniformément à chacune des phases.
En outre suivant l'invention) dans un appareil pour la trans- formation de courant alternatif multiphase dans du courant alter- natif monophase, chacune des N phases d'un circuit d'alimentation à N phases est disposée à fournira enroulement primaire d'un transformateur comportant N enroulement de cette sorte, ou Ó est un nombre entier, des moyens d'interruption étant prévus, permettant de mettre en circuit chacun de ces enroulements primai- res automatiquement et à tour de rôle à une phase du circuit d'a- limentation pour une période prédéterminée et les mettre ensuite hors circuit, de manière qu'un courant alternatif monophase soit obligé à passer dans un enroulement secondaire du transformateur, la demande au circuit d'alimentation multiphase étant répartie uniformément à chacune des phases.
Afin de permettre de mieux comprendre l'invention et de la réaliser facilement, l'invention est décrite ci-après avec réfé- rence aux dessins annexés, dans lesquels : lies, 1 à 5 sont des schémas représentant le principe de l'in- vention en rapport avec un système d'alimentation triphasique.
Fig. 6 est un schéma de connexion montrant une forme d' exé- cution de l'invention, appliquée à une soudeuse à résistance et actionnée à partir d'un circuit d'alimentation triphasique.
Fig. 6A est une vue à échelle agrandie, du tambour d'un interrupteur rotatif à tambour, utilisé dans le circuit de la Fig. 6.
Fig.7 est un schéma de connexion, représentant une autre forme d'exécution de l'invention, actionnée à partir d'un circuit d'alimentation triphasique et alimentant un transformateur à six
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enroulements primaires.
Dans la Fig. 1, A, B et C représentent les trois phases d'un circuit d'alimentation à montage étoile triphasique, duquel des conducteurs mènent aux points 11, 12 et 13. Les tensions entre ces trois conducteurs sont représentées par a, b et c. Une charge à phase unique est représentée par la résistance R, le coeffi- cient d'induction L et l'impédance capacitive C, avec des points de connexion 14 et 15. Le circuit d'alimentation à montage étoile peut être le secondaire d'un transformateur .étoile-triangle (A y) Ceci serait avantageux du fait que le montage en triangle procure- rait un chemin pour une harmonique de troisième rang, créée dans l'appareil.
Supposons que l'interrupteur (non représenté) soit muni de moyens desquels les points 14 et 15 peuvent être raccordés aux points 11 et 12, ou 12 et 13 ou 11 et 13, comme nécessaire. La Fig. 3 montre la représentation conventionnelle des variations de tension se présentant dans un système triphasique équilibré, les tensions étant représentées, comme en Fig 1, par a, b et c.
Si maintenant les points 14 et 15 de la charge en Fig. 1 sont raccordés aux points 11 et 12 pour une période complète c. ils sont alors mis hors circuit et après une période correspondant à 1/3 d'une période du circuit d'alimentation, ils sont mis en cir- cuit aux points 12 et 13 pour une période de a, ensuite ils sont de nouveau mis hors circuit et après 1/3 d'une période ils sont mis en circuit aux points 13 et 11 pour une période de b, la for- me de courbe du courant entrant dans la, charge peut être représen- tée approximativement par la Fig. 4, dans laquelle trois périodes complètes sont représentées.
Il en ressort que cette courbe re- présente un courant monophase et si la fréquence du circuit d'ali- mentation est de 50 périodes par second.e. celui-ci aura une fré-
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quence de 37 1/2 périodes par seconde. Puisque chaque phase du circuit d'alimentation a été utilisée à tour de rôle pour une du- rée de temps égale, la charge sur le circuit d'alimentation est distribuée uniformément à travers toutes les trois phases, la va- leur R.M.S. du flux du courant dans les conducteurs du circuit d'alimentation étant égale.
Si au contraire la charge est raccordée à a pour le dernier tiers d'une demi période positive et ensuite à b pour le dernier 1/3 d'une demi période négative et ensuite à c pour le dernier 1/3 d'une demi période positive, un courant présentant une courbe i- dentique à celle représentée par les traits pleins et épais de la Fig. 5 sera obligé d'entrer dans la charge, Ceci également et un courant monophase et il aura une fréquence de 150 périodes par seconde si la fréquence du circuit d'alimentation est de 50 périodes par seconde.
La charge peut être raccordée aux périodes du circuit d'ali- mentation pour des durées autres que celles mentionnées ci-des- sus, en vue de produire un courant mono]?hase. Par exemple, la charge pourrait être raccordée à chaque phase pour une durée de in 2 périodes avec un/tervalle de 1/3 de période. La forme de la courbe et la. fréquence du courant dans la charge dépendront pour une charge déterminée du nombre de phases et de fréquence du cir- cuit alimentaire, de l'intervalle, pendant lequel la charge est raccordée à chaque phase et du point dans une période de la phase auquel la connexion est effectuée.
La Fig. 2 montre la manière suivant laquelle l'invention peut être utilisée en conjonction avec un transformateur 16 qui possè- de un enroulement secondaire 22 et trois enroulements primaires 17. 18 et 21, Dans ce cas, chaque phase du circuit d'alimanta- tion est raccordée à un enroulement primaire du transformateur à
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l'aide d'un interrupteur., il y a trois interrupteurs 23, 24 et 25 contrôlés automatiquement par un interrupteur principal représenté dans le schéma et permettant à cnaque enroulement primaire d'être raccordé à tour de rôle au circuit d'alimentation.
L'interrup- teur principal nécessaire dans ce cas est plutôt de construction plus simple qu'il serait nécessaire pour le circuit représenté en Fig. 1, puisque le fait que les trois enroulements primaires sont enroulés sur un noyau commun permet à chaque enroulement d'être raccordé d'une manière permanente à une phase du circuit d'ali- mentation à travers un interrupteur unique.
Les enroulements primaires peuvent être raccordés successivement au circuit d'ali- mentation de la même manière que la charge en Fig.1. une pulsa- tion de courant consistant en un nombre de périodes ou parties de périodes d'une phase du courant d'alimentation traversant cha- que enroulement primaire pendant la durée du raccordement, L'ef- fet total de ces pulsations du courant traversant les enroulements primaires consiste à produire un flux alternatif monophase dans le noyau du transformateur et, par suite.à Induire un courant monophase alternant dans l'enroulement secondaire, d'une forme de courbe similaire aux courants représentés dans les Fige, 4 ou 5,
dépendant de la durée de temps de la mise en et hors circuit des enroulements primaires avec le circuit d'alimentation. La phase du courant induit par rapport au circuit d'alimentation et sa forme de courbe sera évidemment modifiée pendant le processus de transformation suivant les lois de 1' électromagnétisme Comme ci-avant, le courant dans la charge est monophase et la charge sur le circuit d'alimentation est répartie uniformément à chacune des trois phases,
Une forme d'exécution de la présente invention, appliquée à un appareil de soudure à résistance, actionné à partir d'un cir- cuit d'alimentation triphasique. est représentée dans la Fig.
6,
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Dans cette figure S représente un circuit d'alimentation tripha- sique avec les phases A, B et C, ces trois phases étant raccor- dées de manière à alimenter un transformateur pour soudeuse à résistance 31, présentant un enroulement secondaire 32, consti- tué par un simple fil raccordé directement aux électrodes de sou- dure 33 et 34 et possédant des enroulements primaires 35, 36 et 37, dont une extrémité de chacun est raccordée directement à une phase du circuit d'alimentation. Le circuit représenté est une application pratique du circuit de la Fig. 2 et comme dans ce cas, une des extrémités de chaque enroulement primaire est menée à tra- vers un interrupteur à la phase suivante du circuit d'alimentation.
Ainsi l'enroulement primaire 35 est raccordé directement à la phase B et à travers un interrupteur à la phase A. La fonction de chacun de ces interrupteurs 23, 24 et 25 de la Fig. 2 est obtenue par un interrupteur à tambour rotatif 38 fonctionnant en conjonc- tion avec trois couples d'allumage 41, 42 et 43.
L'interrupteur à tambour rotatif 38 consiste en un tambour 44 en matière isolante telle que de la paxoline, dans laquelle trois segments en cuivre 45, 46 et 47 sont insérés. Trois paires de balais 51,52 et 53 sont en contact frottant avec le tambour et sont arrangées de manière que les balais de chaque paire sont rac- cordés ensemble pour une période définie pendant chaque révolution par un des segments, si le tambour est mis en rotation par le mo- teur synchrone 54.
Dans cette forme d'exécution la disposition du segment sur le tambour est destinée à produire un courant mo- nophase de la forme représentée en Fig. 4, cette disposition étant représentée plus clairement dans la Fig. 6A qui est une vue sur la surface de l'interrupteur à tambour rotatif , représenté à plat, Les dimensions de l'interrupteur sont telles que si le tambour tourne à 750 t.p.m. et la fréquence du circuit d'alimenta-
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tion de 50 périodes par seconde, chaque paire de balais est à tour de rôle raccordée ensemble pour une durée équivalant à une période du circuit d'alimentation, il existe un intervalle équi- valant à 1/3 d'une période entre la mise hors circuit d'une paire et la mise en circuit de la paire suivante; l'ordre de raccorde- ment des paires de balais est 45, 46 et 47.
L'effet de connexion de chaque paire de balais consiste à rendre conductif le couple d'allumage contrôlé par la paire de balais y relative. Ainsi si la paire 45 est mise en circuit le couple d'allumage 41 est rendu conductif et le courant arrive dans l'enroulement primaire 45,
Chaque couple d'allumage est constitué par deux ignitrons ou valves de disjoncteur de mercure 55 et 56, raccordé comme montré.
Chaque ignitron comporte une anode 57, une catnode à goutte de mercure 58 et un allumeur 59 constitué par une tige métallique s'étendant jusqu'en dessous de la surface de la goutte de mer- cure, l' allumeur étant raccordé à la cathode au moyen d'un fusi- ble 61, une résistance de limite de courant 62 et un redresseur 63. Puisque tout ignitron est un dispositif unidirectionnel, il est nécessaire d'en prévoir deux pour chaque enroulement primaire, l'un fonctionnant sur la moitié positive et l'autre sur la moi- tié négative des périodes du courant du circuit d'alimentation.
Pour que l'ignitron délivre du courant, il est nécessaire d'amorcer une partie du mercure dans sa cuve, l'allumage a lieu, dès que le courant arrivant de l'allumeur dans la cuve à mercure atteint une valeur prédéterminée. Dès que l'allumage a eu lieu, le courant continue à s'écouler jusqu'à ce que la magnitude du courant tombe en dessous d'une certaine valeur relativement peti- te et à ce moment l'ignitron cesse de conduire le courant..
Le fonctionnement du circuit est le suivant :
Des interrupteurs 64, 65 et 66 sont interconnectés et sont
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employés ensemble comme interrupteurs de soudage; supposant que ces interrupteurs soient fermés et que les balais 51 soient rac- cordés au début d'une demi période pendant laquelle l'anode de l'ignitron 55 est positive par rapport à sa cathode, le courant se déplacera à partir de A à travers le redresseur 63' (seule- ment prévu pour empêcher la possibilité d'un flux renversé de courant dans le circuit de l'allumeur) à travers les balais 51, l'interrupteur 64,la résistance 62 et le fusible 61 à la ca- thode 58.
Dès que la magnitude du courant est suffisante (ceci arrivera très rapidement après le commencement de la première période) l'ignitron démarrera, pour faire passer du courant et amènera ainsi un flux de courant dans l'enroulement primaire 35, le courant continuera et traverser jusqu'à peu près la fin de la demi période, après laquelle l'ignitron cessera d'être conducteur.
L'ignitron 56 fonctionne alors pour la deuxième moitié de la pé- riode, pendant laquelle les balais 51 sont raccordés, l'anode de l'ignitron 56 étant positive par rapport à sa cathode pendant cet- te demi période. Ainsi une période complète de courant est trans- mise à l'enroulement primaire 35 .à travers les ignitrons 55 et 56 dans la période, pendant laquelle les balais 51 sont raccordés.
Pour une durée correspondant environ à 1/3 d'une période après la mise hors circuit desdits balais 51 par le segment 45, aucun courant ne peut arriver dans l'un quelconque des enroulements primaires, cependant après ce temps et par suite de la rotation du tambour les balais 5 sont mis en circuit pour une période et une période de courant doit traverser l'enroulement primaire 36 à travers le couple d'ignitron 42, après la durée 1/3 de période une période de courant traversera l'enroulement primaire 37 à travers le couple d'ignitron 43. Le résultat net de cette dis- position consiste en ce qu'un courant alternatif monophase avec une fréquence de 37 1/2 périodes par seconde est induit dans
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l'enroulement secondaire du transformateur, comme dans le cas du circuit Fig. 2.
Pour la première mise en oeuvre de l'appareil il est néces- saire que les paires de balais soient disposées de manière à être raccordées au moment correct pendant une période du circuit d'a- limentation. Ceci est obtenu par un montage convenable des ba- lais, de sorte que dans certaines limites ils peuvent être tour- nés par rapport au tambour. Ils sont réglés soit par référence à une ampoule à rayons cathodiques raccordée dans le circuit se- condaire ou en observant les maxima de courante si celui-ci traverse le circuit secondaire.
Tandis que l'emploi de trois segments conducteurs sur le tam- bour permet d'exercer un contrôle concernant le point pendant la période, auquel le premier des ignitrons devient conductif, aucun contrôle ne peut être exercé sur le début de conductivité du se- cond ignitron. Cette difficulté peut être éliminée en coupant claque segment en deux partie isolées l'une de l'autre, le début de la conductivité étant ainsi individuellement contrôlable pour les deux ignitrons.
En réglant la position des balais par rapport au tambour, en vue de retarder le temps d'allumage des ignitrons, de sorte que le circuit primaire soit raccordé pour un peu moins que les périodes entières,la magnitude du courant secondaire peut être contrôlée par rapport à la température nécessaire pour la soudure particu- lière à exécuter.
Un autre perfectionnement de l'invention est représenté dans la Fig. 7. Le circuit représenté est destiné à produire une for- me de courbe similaire à celle représentée en traits épais dans la Fig. 5, avec une fréquence de 150 périodes par seconde, s'il est actionné à partir d'un circuit d'alimentation à 50 périodes.
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Un circuit d'alimentation triphasique s, avec les phases A, B et C est raccordé aux trois circuits identiques. Chacun de ces circuits comporte deux moitiés identiques. A titre d'explica- tion une de ces moitiés a été dessinée à une échelle agrandie et chacun des éléments décrite par rapport à la moitié agrandie a sa contre partie dans les autres moitiés.
Le demi circuit agrandi consiste en un enroulement primaire 61 d'un transformateur qui comporte six. de ces enroulements pri- maires et un enroulement secondaire unique 72 (représenté seule- ment au circuit agrandi), un ignitron 73 un thyratron ou une triode remplie de gaz 74 et un appareil metrosil limitateur de choc 75 qui est monté plutôt pour empêcher la tension dans l'en- roulement primaire 71 de dépasser une certaine valeur de sécurité.
L'enroulement primaire 71 et l'ignitron 72 sont raccordés en série aux points A et B pour le circuit d'alimentation. La cathode 76 du thyratron est raccordéeà l'allumeur 77 de l'ignitron. La ca- thode 76 est également raccordée à travers des condensateurs 78 et 81 et la résistance 82 à la grille 83. La résistance 82 est rac- cordée par la résistance 84 à l'anode 85. Ce condensateur de résistance est employé pour empêcher un biais négatif à la grille 83 du thyratron, de sorte qu'aucun courant ne puisse passer de la cathode 76 à l'anode 74 et de même à l'allumeur 77, jusqu'à ce que cette déviation en biais ait été enlevée. Le biais est obtenu en employant la cathode 76 et la grille 83 comme redresseur d'une de- mi onde et ceci d'une manière bien connue.
La constante de temps du circuit résistance condensateur est réalisée de telle manière que dans l'application d'une demi période de tension à partir du circuit d'alimentation l'anode 45 soit positive par rapport à la cathode 76 et l'enlèvement du biais et par conséquent le flux du courant est retardé jusqu'à 2/3 du chemin à travers la demi p ério- de. On a constaté qu'en employant une ampoule thyratron type
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BT 17, les valeurs suivantes pour les condensateurs 78 et 81 et les résistances 82 et 83 donnent des'résultats satisfaisants dans ce circuit.
C78 égale 0,2 micro farads,
083 " 0,5 " "
R82 " 30,000 Ohms (un watt)
R8- " 30,000 u (cinq watts)
Le circuit dans son entier fonctionne de la manière suivante : Dans l'initiation d'une demi période du circuit alimentaire, dans lequel A est positif par rapport à B, le thyratron 74' démarrera l'allumage à 2/3 du chemin à travers la demi période. Ceci obli- gera le courant de traverser le circuit de l'allumeur 77' qui ini- tiera le flux du courant à travers l'ignitron 73' et de même dans l'enroulement primaire 71'.
Dès que la demi période positive prend fin et la tension dans l'ignitron 73' descend à zéro, le courant cessera d'affluer. 1/3 d'une demi période négative du courant est alors appliqué d'une manière semblable à l'enroulement primaire 71"", ensuite 1/3 d'une demi période positive est ap- pliqué à l'enroulement primaire 71''', ensuite 1/3 d'une demi pé- riode négative est appliqué à l'enroulement primaire 71 et ainsi . de suite, de sorte qu'un courant alternatif monophase d'une forme de courbe approximative à celle représentée en traits épais dans la Fig. 5 sera induit dans l'enroulement secondaire 16. La forme de courbe sera légèrement modifiée par rapport à la forme montrée du fait que le courant des augmentations instantanées de courant ne peuvent pas prendre place dans un circuit possédant un coeffi- cient d'induction.
Ainsi les parties de ligne droite de la forme de courbe auront tendance à s'arrondir.
Les interrupteurs 86, 87 et 88 sont employés pour raccorder le circuit d'alimentation à l'appareil, Un petit circuit subsi- diaire est pris à partir de C par un interrupteur 91 et amené à B, celui-ci est utilisé pour procurer le très faible courant néces-
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saire aux éléments chauffants des thyratrons à travers le trans- formateur 92. Pour plus de simplicité les raccords normaux des éléments chauffants ne sont pas représentés dans le schéma.
Le courant de sortie de l'appareil est pris aux bornes de l'enroulement secondaire 22 sur le transf ormateur. Ce circuit peut être employé pour le fonctionnement de petits outils à mains, fonctionnant à l'électricité ou d'autres appareils exigeant une fréquence de 150 périodes par seconde.
Revendications.
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