Brevet FR2004877A1 — publié le 19691205

L'invention concerne une installation de poste de soudage à thyristorsz à courant continu, à une seule phase, notamment pour le soudage à l'arc avec mi régulateur de courant. Les postes de soudage connus pour le soudage à l'arc sont généralement réalisés sous forme de machines tournantes et les postes les plus récents comportent des montages redresseurs à diodes. On connaît de plus des postes de soudage à thyristors dans lesquels les thyristors sont utilisés comme commutateurs sans contact, du côté du courant continu ou du côté du courant alternatif. On connaît également des montages dans lesquels les thyristors constituent un montage redresseur commandé. Dans les postes de soudage, le problème principal est l'obtention de caractéristiques électriques appropriées. Il s'est avéré que pour le soudage manuel à courant continu, il est avantageux d'avoir des caractéristiques de courant avec des limitations de courant relativement raides pour éviter l'éclatement des gouttes du métal des électrodes. Dans la plupart des postes connus, de ce type, on obtient ces caractéristiques par le choix de l'impédance du circuit d'alimentation, c'est-à-dire par la caractéristique du montage redresseur. Lors de l'utilisation de thyristors, il y a toujours la possibilité, lors du court-circuit de l'arc, d'ouvrir le cpmmutateur et de limiter ainsi l'intensité du courant, pour éviter 1' éclatement du métal des électrodes .Dans une telle solution cependant on se heurte à des exigences très sévères quant aux dimensions et à la réalisation du circuit d'alimentation, et il est nécessaire de prévoir des montages électroniques compliqués. La présente invention remédie à ces inconvénients . Elle a pour objet une inst#ti###poste poste de sou- dage à thyristors, à courant continu, à une phase, notnmmant pour le soudage à l'arc, du type comportant un transformateur d'alimentation à une phase, un montage-redresseur à thyristors à deux impulsions, un circuit de synchronisation, un circuit dtimpulsinnms un circuit de limitation, un régulateur de soudage et un diviseur de tension, installation caractérisée par ce qu'un condensateur de synchronisation du circuit de synchronisation est relié directement aux bornes de l'enroulement secondaire d'un transformateur d'alimentation/ par l'intermédiaire d'une diode de décharge,d'une résistance de limitation et de diodes redresseuses. D'autre part, le circuit d'impulsion; le régulateur de soudage et le circuit de limitation sont alimentés par l'intermédiaire de diodes redresseuses#d'une résistance de limitation#d#tme bobine de décharge, le diviseur de tension étant relié par l'un de ses piles à la ligne de raccord avec la bobine négative du poste de soudage, alors que son autre p8le est relié par une diode de compensation et une résistance de réglage avec la base d'un transistor d'amplification du régulateur de courant. D'autre part, enfin, au point de jonction commun du circuit d'impulsion et du régulateur de courant sont reliés à la fois la résistance d'alimentation, le collecteur d'un transistor de commande et l'organe de contre réaction du régulateur de courant, les électrodes de commande des thyristors du redresseur étant reliées entre elles et alimentées à partir de la même borne du bobinage de sortie du transformateur dtimpulsions. L'installation des circuits de puissance et de commande selon l'invention est plus simple et par suite moins onéreuse. Elle ne comporte que deux transistors et une diode de zéro. Pour limiter les oscillations de courant pour des états dynamiques, il est prévu une bobine dans le. circuit de sortie. Ta simplicité de l'ensemble de l'installation est de plus obtenue par ce quevdirectement à la sortie de l'enroulement secondaire du transformateur d'alimentation,est branché tout le circuit de commande, ctest-à-dire le circuit de synchronisation, le circuit d'impulsions, le régulateur de soudage et le circuit de limitation. La régulation de courant est effectuée de telle façon que la tension au diviseur de tension soit comparée avec la tension du potentiomètre d'alimentation. Le régulateur de courant produit alors suivant la valeur de la différence de régulation, la tension nécessaire grâce à laquelle est commandé le retard d'allumage des thyristors dans le circuit d'impulsions. La tension à la sortie du régulateur est comparée à la tension périodique du circuit de synchronisation, dans le circuit d'impulsions. Le circuit d'impulsions et le régulateur sont ainsi reliés à un même point auquel sont reliés le. transistor du circuit d'impulsions, le transistor du régulateur de courant et la contre-réaction. Pour le soudage automatique ou semiautomatique avec un gaz protecteur, on utilise pour le soudage une source de courant avec une caractéristique de tension. C'est à cet effet que le régulateur de soudage peut Autre complété avec un régulateur de tension. La tension constante, réglée, du montage redresseur commandé, est comparée à la tension du contact mobile du potentiomètre d'alimentation, et la différence est amplifiée par le régulateur de tension. La tension de sortie du régulateur de tension est comparée à la tension du diviseur de tension et représente ainsi la valeur affichée pour le régulateur de courant. Le régulateur de tension comporte une contre-réaction propre pour obtenir les caractéristiques de régulation appropriées . Un tel régulateur conserve une tension constante lors de la charge de l'installation d'alimentation en courantydu poste de soudage. Un tel régulateur peut également être utilisé pour le soudage à l'arc manuel, où il existe la possibilité du réglage dans diverses zones de courant. Pour un tel fonctionne menton réduit l'amplification du régulateur de tension à la valeur (-1) par la contre-réaction, ce qui coupe la contre-réaction de tension. Le fonctionnement d'un tel potentiomètre d'alimentation correspond ainsi avec celui du potentiomètre de courant d'alimentation et il est possible d'utiliser celui-ci pour le réglage du courant de soudage. En tenant compte du fait que les électrodes de commande des thyristors sont reliées entre-elles, il suffit d'avoir un seul enroulement pour le transistor d'impulsions. Les thyristors reçoivent deux impulsions d'allumage par périodes, ce qui n'influence toutefois pas leur fonctionnement correct. Une installation conforme à l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, sur les dessins ci-j oints, dans lesquels - la figure 1 représente le montage d'un appareil de soudage avec un régulateur de soudage, comportant un régulateur de courant, - les figures 2a et 2b représentent le montage d'un appareil de soudage avec un régulateur de soudage, comportant un régulateur de courant et un régulateur de tension, - la figure 3 représente le montage d'un régulateur de soudage, comportant un régulateur de courant et un régulateur de tension, - la figure 4 représente les caractéristiques tension/intensité de la source de courant constant, pour resouder, - la figure 5 représente les earactéris- tiques tension/intensité de la source de courant constant, pour le soudage automatique. L'appareil de soudage comporte les éléments suivants : un transformateur d'alimentation 1, un diviseur de tension 2; un montage-redresseur J, un circuit des électrodes 6, un régulateur de courant 7 et un circuit limitateur 9. Le transformateur 1 comporte un enroulement primaire avec des bornes 10, 11, un enroulement secondaire avec des bornes 12, 14 et un point milieu 13 de sortie. Le diviseur de tension 2 est indu dans le circuit redresseur et cela en étant branché sur le point milieu de l'enroulement secondaire du transformateur 1. Le montage redresseur 3 comporte deux thyristors 30, 31, avec leurs électrodes de commande 37, 38 et leurs résistances de limitation 35, 36, une diode de zéro 32, une bobine de lissage 34 et une résistance de charge 33. Le circuit de synchronisation 5 comporte des diodes 50, 51, de redressement, une résistance de limitation 52, une diode de décharge 53, une bobine 54, une résistance de charge 55, une diode de retour 56, une résistance de synchronisation 57. Le circuit d'impulsions 6 est réalisé sous forme de montage à "oscillateur de blocage" et comporte un transistor d'impulsions 60, une résistance auxiliaire 61, une résistance de collecteur 62, une diode de limitation 63, un condensateur de décharge 64, un transformateur d'impulsions 65 avec des bornes 66, 67 du bobinage de sortie. Le circuit d'impulsions 6 est commandé par la tension de la jonction 66 commune entre le circuit d'impulsions 6 et le régulateur de courant 7. Le régulateur de courant 7 est constitué d'un transistor de commande 70,d'un transistor d'amplification 71 avec une base 72S une contre-réaction 73, une résistance de collecteur 76 et une résistance d'émetteur 79. Le circuit de limitation 9 comporte des diodes Zéner 81 et 82. La jonction 83 de ces diodes Zéner 81, 82 est reliée à un potentiomètre 78. Itinstallation comporte de plus une diode de compensation 74, une résistance de position 75, une résistance diviseur 76 et une résistance d'entrée 77. Le régulateur comporte un point de raccord commun 9 relié au circuit de charge et par rapport auquel les tensions de tous les circuits de commande stégalisentg en particulier celle du condensateur de synchronisation 58, celle de la base 72 du transistor d'amplification 71 et la tension du transistor de commande 70. Dans le montage de postes de soudage selon l'inventionS on alimente tous les circuits à partir du transforma- teur i19 etestmàdire le montage redresseur 3, les thyristors 30, 31, la diode de zéro 32, la bobine 34 et la résistance 35. Dans le circuit redresseur se trouve le diviseur 2, relié à la sortie du circuit de travail 4. De plus, le circuit de synchronisation 5, le circuit d'impulsions 6 le régulateur de courant 7 et le circuit limitateur 9)sont reliés au bobinage secondaire du transformateur 1 par l'in termédiaire des diodes 50, 51. Les impulsions de commande sont envoyées sur les thyristors 300 31 à partir de l'un des bobinages du transformateur d'impulsions 65. Dans le régulateur de courant 7 on compare l'intensité fixée dans le potentiomètre 78 avec la valeur effective à la résistance diviseur 2. Âpres la dérivation de régulation, la tension se fixe à la base du transistor 70 > et ainsi on obtient la coincidence à la base du transistor 60 gråee à la tension périodique provenant du condensateur de-synchronisation 58. Pour obtenir un bon fonctionnement du régulateur de courantXil est nécessaire d'utiliser une contre-réaction 73. Le montage décrit permet de se dispenser d'une commande de la tension redresséev qui serait absolument nécessaire pour un poste de soudage automatique avec gaz protecteur. Pour une telle utilisation il est nécessaire de compléter le circuit par le régulateur de tension 8 et quelques autres circuits auxiliaires. Le régulateur de soudage comporte le régulateur de tension 8 et le régulateur de courant dont deux modes de réalisation possibles 7, 7a sont représentés dans les figures 1 et 3. Il s'agit de circuits connus, d'amplificateurs à courant continu avec un réglage proportionnel et intégral pour avoir les caractéristiques de réglage nécessaires. Un exemple de ce mode de réalisatlcn du régulateur de tension 8 est représenté dans la figure 3. Il s'agit de nouveau d'un amplificateur à courant continu, réalisé suivant un montage connu, à l'aide de trois transistors. La base d'un transistor d'entrée 92 du régulateur de tension est reliée par une résistance 85 à un point d'addition de tension 91. Le contact mobile du potentiomètre d'ali mentation est relié à ce point par une résistance 893 il en est de même d'une résistance 90, dont l'autre extrémité est reliée à la cathode des thyristors 30, 31 du redresseur 3 par l'intermédiaire d'un commutateur 102 ou d'une résistance de contre-réaction 100 l'autre extrémité de cette résistance est reliée au collecteur 105 du transistor de sortie 99 du régulateur de tension 8.Le colle ce teur 103 du transistor 99 est relié par la résistance 77 au point d'addition de tension 87j auquel sont également reliés aussi bien la base 72 du transistor d'amplification 71 par l'intermédiaire d'une résistance 86/que l'extrémité négative du diviseur de tension 2 par l'intermédiaire de la diode 74 et de la résistance de réglage 72. Le potentiomètre d'entrée 104 est raccordé avec l'une de ses extrémités au point de raccord commun 0 alors que son autre extrémité est reliée à la tension constante négative sortant de l'enroulement secondaire du transformateur d'alimentation 1 après le redressement des diodes 97, 9a et sa stabilisation par les inductances 969 et la résistance 95# et les diodes Zéner 93 et 94 montées en série. Un montage réalisé comme décrit ci-dessus peut travailler de deux façon9 à savoir : a) Comme source variable avec une tension constante en charge et une limitation de courant, suivant les caractéristiques potentiel/ intensité de la figure 5. b) Comme source de courant constant d'intensité variable selon la figure 4. Le fonctionnement du montage peut se lire dans la figure 2. Selon a) : le commutateur 102 occupe la position selon la figure 2. Le régulateur de tension reçoit la différence de tension entre celle donnée par le potentiomètre d'alimentation 104 et les cathodes des thyristors 30, 31. La différence amplifiée par le régulateur de tension 8 est amenée au point d'addi y tion des courants 87, d'où elle est amenée au régulateur de courant 7, 7a; le circuit ('t impulsions 6 est relié à ce régulateur de courant; grâce à celuigca on règle le point d'allumage des thyristors 30, 31 de façon à ce que la différence à l'entrée du régulateur de tension 8/ soit maintenue à la valeur minimale. Cette différence augmente avec l'augmentation du courant de charge. Pour une certaine valeur du courant de charge, cette différence est tellement grande que la tension de sortie du régulateur de tension 8 n'augmente plus car le régulateur de tension 8 est saturé et sa tension de sortie maximale représente alors la valeur effective, et invariable, du courants par laquelle le régulateur de courant 7; 7a est commandée lors d'une diminution supplémentaire de la résistance de charge. Suivant b)'lorsque le commutateur 102 occupe la position "b#', la contre-réaetion de tension est séparée, et simuLtanément leampllfication du régulateur de tension 8 est ramenée à - 1 par la résistance de contre-réaction 100. La tension du contact mobile du potentiomètre d'alimentation 104 représente la valeur affichée du courant pour les régulateurs de courant 7, 7a , qui travaillent maintenant de la façon décrite, L'installation du poste de soudage selon l'invention se caractérise par sa simplicité. Des postes de soudage de cette construction présentent des avantages par rapport à toutes les autres constructiensz en particulier par leurs caractéristiques de soudage exceptionnelles; le fonctionnement sans bruit et leur poids faible. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVEND I CÂT I O NS 10) installation de poste de soudage à thyristors; à courant continu; à une phase, notamment pour le soudage à l'arc9 du type comportant un transformateur d'alimentation à une phase, un montage-redresseur à thyristors à deux impulsions # un circuit de synchronisation, un circuit d' impulsions, un circuit de limitation5 un régulateur de soudage et un diviseur de tension, installation caraetérisée par ce qu'un condensateur de synchronisation du circuit de synchronisation est relié directement aux bornes de l'enroulement secondaire d'un transformateur d'ali mentationv par leintermédiaire d'une diode de décharge, d'une résistance de limitation et de diodes redresseuses, installation simple, à faible poids et bruit réduit. 20) Installation suivant la revendication 1, caractérisée par ce que le circuit d'impulsions, le régulateur de soudage et le circuit de limitation sont alimentés par l'intermédiaire de diodes redresseuses d'une résistance de limitation et d'une bobine de décharge, le diviseur de tension étant relié par l'un de ses p8les à la ligne de raccord avec la borne négative du poste de soudage alors que son autre p81e est relié par une diode de compensation et une résistance de réglage avec la base d'un transistor d'amplification du régulateur de courant. 30) installation suivant les revendications 1 et 2s caractérisée par ce qu'au point de jonction commun du circuit d'impulsions et du régulateur de courant sont reliés à la fois la résistance d'alimentation9 le collecteur d'un transistor de commande et l'organe de contre-réaction du régulateur de courant, les électrodes de commande des thyristors du redresseur étant reliées entre elles et alimentées à partir de la même borne du bobinage de sortie du transformateur d'impulsions. 40) Installation selon les revendications 1 à 3, dans laquelle le régulateur de soudage est constitué par un régulateur de courant9 caractérisé par ce que le contact mobile du potentiomètre ("alimentation est relié à la base du transistor d'amplification du régulateur de courant, par l'intermédiaire d'une résistance qui est alimentée par le montage en série de diodes Zener, constituant le circuit de limitation et dont les cathodes sont reliées au conducteur ("alimentation positif alors que leurs anodes sont reliées à la conduite ("alimentation commune, ces diodes étant montées entre le point commun et le point moyen. 50) Installation selon les revendications 1 à 4 caractérisée par ce que le régulateur de tension est monté avant le régulateur de courant; le point d'addition des tensions étant relié par une résistance aussi bien à la base du transistor d'entrée du régulateur de tension par le commutateur dans une première positionjqutå une résistance additionnelle dont l'autre extrémité est reliée aux cathodes des thyristors du montage redresseur et iwans une seconde position à la résistance de contre-réaction dont l'autre extrémité est reliée au collecteur du transformateur de sortie du régulateur de tension. 60) Installation selon les revendications 1 à 5, caractérisée par une résistance additionnelle dont l'autre extrémité est reliée au contact mobile du potentiomètre d'alimentation; dont la première extrémité est reliée à la conduite commune O et l'autre extrémité est reliée à la tension continue négative, le collecteur du transistor de sortie du régulateur de tension étant relié par une résistance avec le point d'addition de courant, auquel sont également reliées la base du transistor d'amplification du régulateur de courant par une résistance, et une résistance de positionnement; et d'où est issue la contreMréactionZ aussi bien pour le régulateur de courant que pour le régulateur de tension.