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PROCEDE PERFECTIONNE DE SOUDURE ET GROUPE ELECTROGENE POUR SON APPLICATION.
Les postes actuels de soudure à l'arc électrique sont soit à cou- rant continu soit à courant alternatif.
Les postes de soudure à courant continu comportent généralement une génératrice spéciale de soudure entraînée par un moter électrique ou autreo Le courant continu permet un équilibrage parfait entre les énergies prises sur les diverses phases d'alimentaion dans le cas de commande par un moteur électrique polyphasé, triphasé, par exempleo Par contre, de tels postes sont d'un prix d'achat très élevé du fait de la complication de construction de la génératrice spéciale, La puissance nécessaire au moteur est relativement élevée (13 kilowatts environ pour la soudure avec électro- . des de 5 mm de diamètre, absorbant 250 ampères)
Par ailleurs, les postes de soudure à courant alternatif compor- tent généralement des transformateurs spéciaux.
Ces postes à courant alter- natif sont très simples, donc d'un faible prix de revient (comparativement à celui des postes à courant continu) mais, par contre, ils conduisent à un dé- séquilibrage des phases, à un très mauvais cosinus; le courant d'appel sur les lignes est très importante Pour des électrodes de 5 mm nécessitant 250 ampères dans l'arc, la puissance absorbée est encore de l'ordre de 12 kilo- watts.
La présente invention a pour objet un procédé de soudure à l'arc remarquable notamment en ce qu'il consiste à utiliser pour cette soudure un courant alternatif monophasé d'une fréquence supérieure à la fréquence usuel- le des réseaux de distribution, par exemple de l'ordre de 200 périodes/se- conde
L'expérience montre qu'un tel courante à fréquence relativement élevée permet une meilleure fusion des électrodes et, par ailleurs, l'utili- sation comme dans le cas du courant continu d'électrodes nues ou d'électro- des ¯spéciales comportant dans leur enrobage des sels dégageant des vapeurs à potentiel d'ionisation élevé, pour la soudure de métaux spéciaux,
alors que
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que le courant usuel à 50 périodes ne permet pas l'utilisation de ces diver- ses électrodes. .
L'invention a également pour objet un groupe électrogène de sou- dure permettant l'obtention du courant monophasé ci-dessus, de fréquence re- lativement élevée, ce groupe comportant en combinaison un dispositif à élé- ment rotatif destiné à constituer un multiplicateur de fréquence et des moyens pour entraîner ce dispositif.
Suivant un mode d'exécution,le dispositif multiplicateur de fré- quence, consiste en un transformateur comportant un primaire inducteur poly- phasé et un secondaire induit monophasé animés d'un mouvement relatif de telle sorte-que ce transformateur joue en même temps que son rôle usuel d'abaisseur de tension celui de multiplicateur de fréquence, la fréquence obtenue étant au moins égale à 100 périodes/seconde.
Selon un autre mode d'exécution, le dispositif multiplicateur de fréquence consiste en un alternateur, alimenté en courant continu et dont l'in- duit monophasé est animé d'un mouvement relatif par rapport à l'inducteur, la vitesse de rotation et le nombre de pôles de l'inducteur étant tels que le courant induit monophasé a une fréquence au moins égale à 100 périodes/se- conde.
Le calcul et les expériences de la demanderesse montrent que grâ- ce à l'utilisation d'un courant de soudure à fréquence relativement élevée, il est possible d'avoir un groupe générateur de construction aussi simple que les transformateurs statiques, c'est-à-dire d'un prix de revient peu éle- vé, tout en ayant un équilibrage parfait de la puissance électrique absorbée entre les phases du courant d'alimentation et un rendement très élevé (7,6 kilowatts absorbés seulement dans l'exemple précité d'électrodes de 5 mm ab- sorbant 250 ampères dans l'arc)o
Dans tous les cas, l'élément rotatif peut être entraîné par un moteur électrique, un moteur thermique ou autre, directement ou par poulies et courroies prenant l'énergie sur un arbre général quelconque de commande.
D'autres caractéristiques résulteront de la description qui va suivre.
Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exempleo
La fig. 1 est une coupe longitudinale schématique d'un poste de soudure suivant l'invention.
La fig. 2 est un schéma des diverses connexions électriques d'un moteur d'entraînement triphasé et d'un transformateur à élément rotatif, le primaire étant alimenté en courant triphasé et à induit (secondaire) monopha- séo
La fig. 3 est un développement de l'induit montrant son bobinage.
Suivant l'exemple d'exécution représenté à la fig. 1, le poste de soudure comporte un chariot constitué par un corps ou carter cylindrique 1 formé en bout par deux flasques 2 et 3 et reposant par l'essieu 4 sur deux roues porteuses 5. Une béquille 6 assure l'équilibreo Un manche 7 per- met les déplacements.
Dans les flasques 2,3 tourillonne dans des paliers 8, 9 un ar- bre longitudinal 10 commun à un moteur électrique M et à un transformateur à élément rotatif G. Le moteur M entraîne l'arbre 10 qui, à son tour, entraî- ne le rotor du transformateur.
Sur cet arbre 10, est , en outre, monté un ventilateur 10a, en face duquel le carter 1 est percé de trous lao
Le transformateur G comporte un stator 11 fixé au carter 1 et un rotor 12 fixé sur l'arbre 10
Dans l'exemple représenté le stator 11 constitue l'inducteur ou primaire et le rotor 12 l'induit ou secondaire.
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Le stator 11 est prévu pour alimentation par du courant triphasé.
Il comporte, à la manière connue, p1 paires de pôles. Le bobinage de ce sta- tor est représenté schématiquement en 13 (fig. 2). Ces trois phases a, b, c sont alimentées en triangle par trois conducteurs 14 à partir du réseau tri- phasé 15 contrôlé par l'interrupteur 16. Le courant d'excitation est limité par une self triphasée, dont les bobines 17a, 17b, 17c sont disposées, chacu- ne, sur l'un des. trois conducteurs 14. Ces selfs comportent des noyaux plon- geants 18a, 18b, 18c solidaires d'une même armature 19 mobile, à l'aide d'une vis 20 se vissant dans un écrou fixe 21, par rapport à la partie fixe 22 de l'armature, sur laquelle sont bobinées les trois bobines de la self.
L'ensem- ble de cette self de réglage de même que l'interrupteur général 16 peuvent à volonté, être fixés soit sur le chariot 1 soit sur un tableau de distribu- tion fixe, indépendant dudit chariot, soit encore sur le poste de soudure lui-même à portée de l'ouvrier soudeur.
L'induit constitué dans l'exemple représenté par le rotor 12, comporte un enroulement monophasé 23 p1 paires de pôles. La couronne feuil- letée du rotor comporte à la manière usuelle un certain nombre d'encoches 24. Ce nombre d'encoches est égal à
4 P1 x m m étant le nombre de phases du courant inducteur, et 1 des enco- ches seulement sont utilisées. m
En'd'autres termes, l'induit du transformateur suivant l'inven- tion correspond à un induit polyphasé usuel, dont on n'aurait conservé que les conducteurs relatifs à une même phase.
C'est ainsi que dans le cas de courant triphasé (m = 3), avec un induit à six pôles p1 = 3, le nombre d'encoches sera comme représenté de 4 x 3 x 3 = 36 et 36 = 12 encoches seulement seront utilisées.
3
Les deux extrémités 25 et 26 de l'enroulement sont reliées aux ba- gues 27 et 28 (figs. 1, 3) sur lesquelles frottent des balais 29 et 30 recueil- lant le courant monophasé.et reliés à des bornes 31, 32 destinées à être re- liées aux électrodes de soudure.
Le moteur M dans l'exemple représenté est un moteur synchrone tri- phasé pourvu d'un stator 33 fixé au carter 1 (fig. 1) et d'un rotor 34, cla- veté sur l'arbre 10
Le stator 33 de ce moteur est représenté par ses bobinages en 35 (fig. 2). Un commutateur 36, de type connu, permet de le relier comme d'usa- ge par les conducteurs 37 aux bornes de l'interrupteur général 16, en vue du démarrage en étoile puis de la marche normale en triangle à partir du courant du réseaa. L'inducteur 33 de ce moteur est à p2.paires de pôles (par exemple à deux pôles, p2 = 1), L'induit 34 peut être, à volonté, à cage, double cage ou bobiné, comme connu.
Le bobinage du moteur est tel que le rotor 34, l'ar- bre 10 et le rotor 12 du transformateur G tournent en sens inverse du champ tournant produit dans le transformateur par le courant triphasé d'alimenta- tion.
Le fonctionnement est le suivant :
Le moteur M tourne à une vitesse égale à
EMI3.1
n = f x 60 P2 f étant la fréquence du courant d'excitation, p2 le nombre de paires de pôles du moteur et n étant exprimé en tours/minute
Par ailleurs, la vitesse n'du champ tournant d'excitation dans le transformateur est égale à
EMI3.2
n' = f x 60 Pl p1 étant le nombre de paires de pôles de l'induit de la génératrice
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Dans ces conditions,'la vitesse de l'induit du transformateur par rapport au champ d'excitation est égale à N = n' + n puisque le rotor 12, entraîné par le moteur M, tourne en sens inverse du champ inducteur.
Dans ces conditions la fréquence F recueillie sur les bagues 27, 28 est égale à
EMI4.1
F Pl N (Pl f x 60) + f x 60 60 L 60 Pl P2 J = Pi rL + 2-] e Pl P2
A titre d'exemple : si f = fréquence du réseau = 50 périodes/seconde' p1 = 3 P2 = 1 on a
EMI4.2
F = 3 x ( 50 + a) = 200 3 1
On obtient donc grâce à l'invention une multiplication de la fré- quenceo
A chaque instant, il est possible de régler la puissance du trans- formateur G par variation de l'excitation à l'aide de la self triphasée (18a, 18b, 18c,) par action sur la vis 20. La variation ainsi provoquée de l'exci- tation dans l'inducteur amené des variations correspondantes du champ et par suite permet une variation absolument continue du courant monophasé induit donc du courant recueilli.
Cette self forme d'autre part tampon entre l'arc de soudure et le secteur 15 et atténue dans de grandes proportions l'appel de courant au moment de l'amorçage.,
Etant donné que le courant parcourant cette self est relative- ment faible, cette dernière peut si on le désire et comme déjà dit,'être placée près du générateur, ou près du soudeur pour commande de réglage à distance.
A noter que l'importance du courant d'excitation est de l'ordre de 3 à 5 % du courant produit par le transformateur.
Le poste de soudure décrit présente de nombreux avantages :
La fréquence élevée du courant de soudure est avantageuse comme déjà dit, au point de vue notamment de la fusion des électrodes, A puis- sance égale; l'expérience montre que la fusion à 200 périodes est plus franche qu'à 50 périodes.
Par ailleurs, en choisissant judicieusement la tension d'amorça- ge, le courant à 200 périodes se prête comme le courant continu à l'utilisa- tion d'électrodes nues ou d'électrodes pour la soudure de métaux spéciaux que le courant monophasé à 50 périodes ne permet pas d'utilisero
En outre, étant donné qu'on.n'utilise qu'une fraction de l'induit, l'induction dans l'inducteur peut être faible ét le facteur de puissance est. bon (sosinus de l'ordre de 0,85); le courant magnétisant'se trouvant réglé par la self triphasée à entrefer variable, la puissance absorbée sur le ré- seau se trouve uniformisée et relativement faible.
La charge triphasée prise sur le secteur 15 est rigoureusement équilibrée sur les trois phases, car le moteur d'entraînement M et l'excita-
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tion du transformateur G sont des machines à champs tournants normaux sans aucun artifice pouvant provoquer un déséquilibre et des perturbations quel- conques sur le réseau.
Il convient également de noter que les encoches 24 restées libres du rotor permettent une excellente aération de ce dernier.
Naturellement, l'invention n'est nullement limitée au mode d'exé- cution représenté et décrit qui n'a été choisi qu'à titre d'exemple.
Il est possible de prévoir l'induit monophasé soit sur le stator, l'inducteur constituant le rotor du transformateur car le fait d'intervenir inducteur et induit ne changerait rien au principe.
L'excitation de l'inducteur peut être assurée par du courant di- phasé, dans lequel cas l'induit aura la moitié de ses encoches utilisées.
L'excitation de l'inducteur peut encore être assurée par du cou- rant continu provenant soit d'une excitatrice séparée ou montée en bout de l'arbre 10, soit d'un redresseur oxymétal ou autre, soit d'accumulateurs, etc..
Dans ce cas, le champ étant fixe, la fréquence F recueillie à la sortie de l'alternateur ainsi réalisé serait :
EMI5.1
f = PI n 60 n étant la vitesse d'entraînement de l'arbre 10 et p1 le nombre de paires de pôles de l'inducteur de l'alternateur. Par exemple pour ob- tenir la fréquence 200, p1 devrait être pris égal à
EMI5.2
Pi = 200 x 60 n soit avec un moteur M donnant n = 300000,
EMI5.3
p = 200 x 60 = 4 3000
L'inducteur devrait 'comporter huit pôles, et-non six comme c'est le cas dans l'exemple décrit avec champ tournant triphaséo Dans ce cas, na- turellement, toutes les encoches de l'induit seraient utilisées.
L'entraînement de l'arbre 10 peut-se faire soit par un moteur é- lectrique M soit par toute autre source de puissance.
Il est bien évident que la valeur de la multiplication de fré- quence peut être autre que 4 (passage du courant de 50 périodes à du courant monophasé à 200 périodes), la période F de sortie né dépendant que de la vi- tesse du rotor et du nombre de pôles de l'inducteur.
Bien entendu, le réglage de l'excitation de la génératrice peut être obtenu autrement qu'à l'aide dé la self'1$ ; 18b, 18c, par exemple à l'ai- de d'une ou plusieurs résistances variables.
REVENDICATIONS.
EMI5.4
============================ la - Procédé de soudure à l'arc, caractérisé en ce qu'il consis- te à utiliser pour cette soudure un courant alternatif monophasé d'une fré- quence supérieure à la fréquence usuelle des réseaux de distribution, par exemple de l'ordre de 200 périodes/seconde.
20 - Procédé de soudure à l'arc, en substance comme décrit.