Brevet FR2619735A1 — publié le 19890303

- 1 - L'invention concerne un dispositif de compensation du courant réactif en fonction de la charge comprenant une capacité de compensation, pour transformateurs dont la tension de travail secondaire est nettement plus petite que la tension à vide. Par exemple, on utilise de préférence des compensations de courant réactif de ce genre dans la technique du soudage à l'arc, dans ce qu'on appelle les petits transformateurs de soudage qui sont utili- sés pour les travaux de soudage dans les entreprises artisanales, de réparation et de soudage, ainsi que par les bricoleurs. Dans les transformateurs de soudage, la tension à vide est principalement abaissée à la valeur beaucoup plus faible de la tension d'éclatement de l'arc, par des moyens inductifs. Le faible facteur de puissance qui en résulte est fréquemment amélioré par des condensateurs de compensations connectés en paral- lèle sur le côté primaire. Pour les petits transforma- teurs de soudage, on ne dispose dans la plupart des cas que d'un raccordement protégé à 16 A ou à 10 A. La compensation de courant réactif utilisée pour ces transformateurs, en particulier dans la région des grandes intensités de soudage, doit donc être aussi parfaite que possible. Ceci exige une dépense relati- vement élevée en condensateurs de compensation. En dehors du poids de vue économique, il se présente des limites de principes qui limitent l'accroissement de la capacité de compensation. Dans le cas de la com- pensation du courant réactif exécutée au moyen de condensateurs connectés en parallèle sur le primaire, lorsqu'on augmente la capacité de compensation, il se produit déjà à vide avant qu'on ait atteint les -- 2 6--97 2- conditions de compensation optimales en présence de l'arc, une surcompensation avecdescourants réactifs capa- citifs considérables. Il est nécessaire de limiter leur valeur parce que les petits transformateurs de soudage sont prévus pour des durées de branchement nominales de 15 % à 35 % et sont donc dans la plupart des cas en service à vide. Pour éviter ces inconvénients, on a déjà réalisé une compensation du courant réactif fonction de la charge. La variation en fonction de la charge peut être obtenue par des circuits ou encore sur la base d'effets magnétiques. Dans une forme de réalisa- tion avantageuse (DE-A-142 129), on obtient la varia- tion en fonction de la charge sans dispositifs de commutation additionnels, en ce sens que, dans le cas de transformateurs à noyau à enroulements divisés, dans lesquels une partie de l'enroulement primaire est montée seule sur une branche tandis que l'autre partie de l'enroulement primaire est montée sur l'autre branche, conjointement avec l'enroulement secondaire, on ne branche la capacité de compensa- tion qu'aux formes des enroulements qui se trouvent sur la branche sur laquelle on ne trouve qu'une partie de l'enroulement primaire. Dans les formes de réalisa- tion de petits transformateurs de soudage qui sont actuellement habituelles, cette compensation du courant réactif en fonction de la charge ne se produit malheureusement pas entièrement sans enroule- ments additionnels. Un inconvénient de ces compensations du courant réactif, de même que dans toutes les compen- sations de courant réactif en fonction de la charge qui étaient connues jusqu'à présent, consiste en outre - 3 - en ce qu'on ne peut obtenir qu'une compensation partielle- ment proportionnelle à la charge. Il en résulte que, par exemple, le courant de court-circuit primaire qui circule dans le cas d'un courtcircuit de goutte ou dans le cas du collage de l'électrode, est toujours très supérieur au courant primaire qui se produit en présence de la charge d'arc. Le but de l'invention est de réaliser un dis- positif de compensation du courant réactif fonction de la charge utilisant une capacité de compensation, qui se distingue, comparativement aux solutions connues, par une plus faible dépense de matière et qui permette, avec des paramètres prédéterminés du branchement du primaire, un élargissement du domaine d'applications des transforma- teurs. L'invention se donne pour but de réaliser un dispositif de compensation de courant réactif en fonction de la charge utilisant une capacité de compensation pour des transformateurs dont la tension de travail secondaire est nettemnet plus petite que la tension à vide, tels que ceux qui sont utilisés, par exemple, pour certains tra- vaux de la technique du soudage à l'arc, qui travaille proportionnellement à la charge dans un large intervalle sans dispositifs de commutation et sans enroulements additionnels, dans lequel il ne se produisepas de sur- compensation à vide et dans lequel les intensités de court-circuit dans le primaire ne soient pas plus gran- des que les intensités nominales primaires correspondan- tes, de manière que, comparativement aux solutions déjà connues, et avec des paramètres de départ prédétermines, on obtienne une plus faible charge du réseau ou que, avec des paramètres prédéterminés de branchement sur le réseau, il soit possible de faire travailler les transformateurs de soudage avec des paramètres de départ plus élevés. - 4 - Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que la capacité de compensation est branchée en série avec l'enroulement secondaire du transformateur et avec la charge et en ce que la réactance capacitive de la capacité de compensation est approximativement égale en valeur absolue à la réactance de substitution inductive qui agit aux points de connexion de la capacité de compensation. Grâce à la disposition proposée de la capa- cité de compensation, on obtient sur cette capacité une chute de tension capacitive qui compense la chute de tension inductive. Etant donné que la chute de tension capacitive est directement proportionnelle à l'intensité du secondaire, la compensation d'intensité réactive agit de façon proportionnelle à la charge sur toute la plage sans dispositif de commutation ni enroulements addition- nels. En outre, avec l'accroissement de la charge, il se produit des accroissements du flux dans la région des sections secondaires du noyau. Ces accroissements du flux déterminent un accroissement de l'induction d'ai- mantation et, de cette façon, une nouvelle limitation de l'intensité primaire à proximité du court-circuit. A vide, en principe, il ne peut pas se produire de sur- compensation, indépendamment de la valeur de la capacité de compensation. Lorsque la réactance capacitive de la capa- cité de compensation est à peu près égale, en valeur absolue, à la réactance de substitution inductive qui agit aux points de connexion de la capacité de compen- sation, l'intensité primaire possède une valeur minimum. Etant donné que, dans ces conditions, l'intensité de sortie secondaire est relativement petite, il peut être souhaitable, pour atteindre de grandes intensités de -- 5 -- sortie, de s'écarter de ce minimum. Dans ce cas, la réactance capacitive de la capacité de compensation est plus petite en valeur absolue que la réactance de substitution inductive qui agit aux points de connexion de la capacité de compensation et plus grande que le double de la réactance inductive de l'inductance de fuite choisie. Si l'on continue à réduire la réactance capacitive de la capacité de compensation, l'effet de compensation visé par l'invention décroît et l'on se rapproche du maximum critique, dû à la résonance de l'intensité du secondaire. La compensation d'intensité réactive fonction de la charge qui est proposée selon l'inven- tion est particulièrement avantageuse lorsque l'enrou- lement secondaire d'un transformateur, réalisé sous la forme d'un transformateur à noyau, est monté sur l'une des branches tandis que l'enroulement primaire est divisé et monté sur les deux branches, la branche qui porte l'enroulement secondaire portant à peu près la moitié du nombre de tours de l'enroulement primaire. Dans cette forme de réalisation, on obtient que l'intensité primaire en court-circuit peut même être plus faible que dans le cas de la charge d'arc. L'invention sera exposée dans la suite de façon plus précise à propos d'un exemple de réalisation. Sur le dessin annexé, on a représenté un schéma d'un circuit selon l'invention destiné à produire la compensation de l'intensité réactive en fonction de la charge. Le circuit est essentiellement composé d'un transformateur 1, d'un bloc de condensateurs 2, d'un contacteur à étages multiples 3, et d'un trajet électrode -pièce 4. -6- Le transformateur 1 comprend un noyau feuilleté 5, un enroulement primaire subdivisé en bobines 6 et 7 et un enroulement secondaire 8. Le bloc de condensateurs 2 comprend plusieurs capacités par- tielles pouvant être mises en circuit individuellement et qui sont munies chacune d'une résistance de décharge. Selon le dessin, une sortie de l'enroulement secondaire 8 du transformateur 1 est connectée à chacune des connexions des capacités partielles du bloc de con- densateurs 2. A l'exception d'une capacité partielle qui est en circuit en permanence, le contacteur à étages multiples 3 comprend des contacts d'interruption res- pectivement en série avec toutes les autres capacités partielles du-bloc de condensateurs 4. Ces contacts d'interruption sont par ailleurs connectés les uns aux autres et à la capacité partielle qui est en circuit en permanence, ainsi qu'au trajet électrode-pièce 4. L'autre sortie de l'enroulement secondaire 8 du transformateur 1 est connectée au trajet électrode-pièce 4. Le bloc de condensateurs 2 doit être calculé avec des capacités partielles pouvant être mises indivi- duellement en circuit, de telle manière que sa réactance capacitive pour le point de travail comportant les plus faibles valeurs intensité-tension soit à peu près égale en valeur absolue à la réactance de substitution induc- tive qui agit aux connexions du bloc de condensateurs. Pour atteindre des caractéristiques de départ avec de plus grandes intensités de soudage, il peut être avantageux de s'écarter de ce calcul. Ici, la réactance capacitive du bloc de condensateurs devrait être choisie plus petite en valeur absolue que la réactance de substitution inductive qui agit aux points de connexion du bloc de condensateurs et plus grande que le double de -7- la réactance inductive de l'inductance de fuite. La bobine 7 de l'enroulement primaire du transformateur 1, constitué par un transformateur à noyau, qui est montée sur une branche en commun avec l'enroulement secondaire 8, devrait alors avantageusement compren- dre à peu près la moitié du nombre de tours de l'en- roulement primaire. 8- REVENDICATIONS 1.- Dispositif de compensation de l'intensité réactive en fonction de la charge, comprenant une capacité de compensation, pour transformateurs dont la tension de travail secondaire est nettement plus petite que la ten- sion à vide, tels que ceux qui sont utilisés, par exemple, pour certains travaux de la technique de soudage à l'arc, caractérisé en ce que la capacité de compensation est disposée en série avec l'enroulement secondaire (8) du transformateur (1) et avec la charge et en ce que la réactance capacitive de la capacité de compensation est à peu près égale en valeur absolue à la réactance de substitution inductive qui agit aux points de connexion de la capacité de compensation. 2.- Dispositif de compensation de l'intensité réactive en fonction de la charge selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réactance capacitive de la capacité de compensation est plus petite en valeur abso- lue que la réactance de substitution inductive qui agit aux points de connexion de la capacité de compensation et plus grande que le double de la réactance inductive de l'inductance de fuite. 3.- Dispositif de compensation de l'intensité réactive en fonction de la charge selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enroulement secondaire (8) du transformateur (1) réalisé sous la forme d'un transformateur à noyau est monté sur une branche et l'enroulement primaire est monté réparti sur les deux branches, la branche portant l'enroulement secondaire portant à peu près la moitié du nombre de tours de l'enroulement primaire.