Brevet FR2026990A1 — publié le 19700925

La présente invention se rapporte à un procédé et à un dis-, positif de commutation destiné à protéger des appareils de dépôt électrochimique de métaux contre les courants intenses apparaissant lors du court-circuitage du parcours de travail. 5 On sait que, dans le fraisage et 1' ébavurage électrochimi ques, la pièce à usiner est montée en anode, c'est-à-dire connectée à l'électrode positive d'une source de courant continu, tandis que l'outil est monté en cathode, c'est-à-dire connecté à l'électrode négative. Si, sa même temps, comme il est générale-10 ment d'usage dans le dépôt électrochimique de métaux, le parcours de travail entre la pièce et l'outil est rempli d'un électrolyte, par exemple d'une solution de sel de cuisine, un courant continu de grande intensité passe et provoque un dépôt de matière sur l'anode. La source de courant continu est essentiellement consti-15 tuée par un transformateur-secteur en série avec lequel est monté un redresseur. Lors d'un usinage comportant un dépôt électrochimique, il est nécessaire, pour assurer un dépôt de matière uniforme et prolongé, de maintenir un intervalle de travail constant de largeur 20 déterminée, la plupart du temps très étroit. A cet effet, dans la plupart des cas, l'électrode-outil est continuellement rajustée à une vitesse constante fonction des conditions de dépôt de matière sur la pièce. Cependant, il peut advenir que, pendant le processus d'usinage électrochimique, la solution d*électrolyte fraîche 25 n'est paa admise en quantité suffisante dans l'intervalle de travail ou qu'un certain nombre de particules relativement fines restent bloquées dans l'intervalle de travail. Dans les deux cas, le processus de dépôt normal est compromis et, comme l'outil subit une avance à vitesse constante, -un court-circuit risque même 50 de se produire. Il peut en résulter des endommagements considérables de la pièce et surtout de l'outil si l'on ne prend pas les dispositions voulues pour que l'alimentation en courant, soit immédiatement coupée et que le courant soit détourné du parcours de travail. 35 Pour protéger 1*électrode-outil, on commence, en conséquent par brancher des thyristors en parallèle avec l'intervalle de travail. Un peu avant ou après l'apparition d'un court-circuit$ les thyristors s'allument et absorbent le courant qui traversait précédemment l'intervalle de travail, tandis qu'en même temps 4*0 l'alimentation en courant est coupée, moyennant quoi l'intensité 69 33980 2 2026990 du courant tombe à zéro en un laps de temps déterminé. L'énergie électrique qui, après l'apparition du court-circuit et en particulier en raison de cette apparition même, continue à être pompée dans le circuit électrique doit, avec cette 5 disposition, être anéantie c'est-à-dire transformée en chaleur de dissipation, en majeure partie dans les thyristors. La quantité d'énergie électrique à anéantir et le nombre des thyristors sont fonction du laps de temps qui s*écoule entre l'apparition du court-circuit et la coupure de l'alimentation en énergie. 10 On a déjà mis au point des dispositifs de détection de court circuit et de coupure sur court-circuit qui assurent avec sécurité une coupure de l'alimentation en courant et un allumage des thyristors. Un tel dispositif fonctionne par exemple avec une rapidité telle qu'après l'apparition du court-circuit, il ne s'é-15 coule qu'environ 30 microsecondes avant l'annulation de la tension aux bornes des thyristors. Toutefois, on a déterminé qu'il s'écoule ensuite encore 250 microsecondes avant que le courant ne s'annule dans le parcours de travail. Ce laps de temps est nécessaire pour assurer la commutation du courant du court-circuit sur 20 les dérivations formées par les thyristors allumés. Les valeurs indiquées ci-dessus ont été mesurées dans un montage dans lequel le parcours de travail présentait pendant la commutation du courant une inductance d'un microhenry. Le courant de travail avant l'apparition du court-circuit s'élevait à 1.000 ampères. 25 Dans les appareils de dépôt électrochimique de matière, qui sont conçus pour une charge permanente relativement grande et fonctionnent avec des courants continus encore plus intenses, les temps nécessaires à la commutation du. courant sont considérablement plus longs, de sorte qu'en dépit d'une détection de court-30 cirauit et d'une coupure sur court-circuit efficaces un endonma-gement de l'électrode peut se produire. L'invention a, notamment, pour objet de créer un procédé ! d'accélération de la commutation du courant dans des appareils de dépôt électrochimique de matière en cas de court-circuit, procédé 35 qui utilise un dispositif de commutation dans lequel plusieurs thyristors sont montés en parallèle avec le parcours de travail et qui s'allument lors d'un court-cireuit de celui-ci et forment me dérivation par rapport à lui» Suivant l'invention, après l'apparition du court-circuit 40 dans chaque branche contenant un tlayristor ou sur le conducteur i » BAD ORIGINAL * 69 33980 3 2026990 ' commun à tous les thyristors et connecté à la pièce est induite une contre-tension qui crée un courant agissant à 1'encontre du courant de court-circuit dans l'intervalle de travail. Il est particulièrement avantageux de mettre en oeuvre le 5 procédé suivant l'invention au moyen d'un dispositif de commutation dans lequel, à chaque branche contenant un thyristor est incorporé l'enroulement secondaire d'un transformateur dont l'enroulement primaire est inséré dans un circuit comprenant un thyristor, une diode, un condensateur de charge et une source de 10 tension de charge. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit èt à l'examen des dessins joints sur lesquels sont représentés, à titre d'exemple non limitatif, un dispositif de commutation de principe pour le dépôt électrochimique 15 de matière ainsi que le dispositif de commutation suivant l'invention qui permet d'accélérer la commutation du courant de court circuit. Sur ces dessins : - la fig. 1 est un schéma simplifié d'un dispositif de com-20 mutation suivant l'invention, et - la fig. 2 est un schéma simplifié d'une variante du dispositif de la fig. 1. Sur la fig. 1 est représenté le montage de base d'un générateur de courant continu stabilisé par un transducteur destiné au 25 dépôt électrochimique de matière qui s'effectue dans l'intervalle de travail 1 «'étendant entre la pièce et l'outil. En parallèle avec l'intervalle de travail sont montés plusieurs thyristors dont un seul est représenté sur la figure, par simplification. Eu outre, on a représenté un dispositif de détection de court-cir-30 cuit 3 à partir duquel les thyristors sont commandés par l'intermédiaire de l'amplificateur 4 et qui assure également l'actionne-ment de l'interrupteur de réseau 5. Dans chaque branche contenant un thyristor est branché l'enroulement secondaire du transformateur 6. En parallèle avec l'enroulement primaire du transforma-35 teur est montée une diode 7- Le circuit primaire contient encore ' Un thyristor 8, un condensateur de charge 9 et une source de tension de charge 10. Le mode de■fonctionnement du dispositif de commutation de courant accélérée est le suivant : 40 Quelques microsecondes après l'allumage des thyristors de 69 33980 4 2026990 dérivâtion 2, le thyristor 8 s'allume également. Le condensâteur 9 peut alors se décharger sur 1'enroulement primaire du transformateur 6 et induit ainsi dans 11 enroulement secondaire une impulsion de tension. Cette impulsion de tension produit une impulsion 5 de courant qui agit à 1*encontre du courant décroissant dans l'in tervalle de travail. L'impulsion de tension induite contraint ainsi le courant de court-circuit à être commuté plus rapidement sur les thyristors. En outre, la tension induite améliore la sécurité de commutation des thyristors. 10 La diode 7 a pour fonction d'empêcher une charge oscillatoi re du condensateur, c'est-à-dire que, grâce à elle, après le processus de décharge du condensateur, l'énergie emmagasinée dans l'enroulement primaire ne peut pas recharger le condensateur avec une polarité opposée du fait que la diode forme une dérivation 15 par rapport au condensateur. Pour assurer que la décharge du condensateur suffit exactement pour commuter le courant entièrement du parcours de travail sur le court-circuiteur à thyristors 2 et pour éviter, par ailleurs, qu'une charge trop forte du condensateur engendre un cou-20 rant de polarité opposée dans le parcours de travail, il est avan tageux de prévoir une régulation de la tension du condensateur de charge 9 en fonction du courant de travail. Cette régulation est assurée grâce au fait que la tension de charge augmente automatiquement avec la tension recueillie aux "bornes d'une résistance 25 auxiliaire 11. Dans une variante du montage suivant l'invention représentée sur la fig. 2, un court-circuiteur mécanique 12 muni d'une commande rapide 13 est en outre prévu. Le court-circuiteur mécanique est monté en parallèle avec le parcours de travail 1 et avec le 30 court-circuiteur à thyristors 2. Il a pour fonction d'empêcher une nouvelle montée du courant sur le parcours de travail. Une telle montée du courant peut se produire lors d'un court-circuit métallique entre la pièce et l'électrode si la chute de tension aux bornes du court-circuiteur à thyristors est trop grande. Le 35 court-circuiteur mécanique 12 est actionné simultanément aux thyristors 2 et 8 par une impulsion provenant de l'amplificateur 4. En raison de l'inertie des éléments de commutation, il n'assure une commutation que lorsque le courant dans le parcours de travail est devenu nul, mais avant qu'il ne puisse croître à nouveau 40 en raison de la chute de tension aux bornes du thyristor., 2. 69 33980 5 2026990 La nouvelle montée du courant est alors absorbée par le court-circuiteur mécanique et le parcours de travail reste pratiquement sans courant. Le court-circuiteur mécanique est avantageusement muni dfune 5 commande rapide connue en soi, dans laquelle les forces magnétiques entre deux enroulements en disque d'un dispositif transformateur sont utilisées. Un transformateur est déchargé par l'intermédiaire de l'enroulement primaire, tandis que l'enroulement secondaire court-circuité (qui ne comporte généralement qu'une 10 seule spire) est connecté à l'élément de commutation et actionne celui-ci. De tels dispositifs connus fonctionnent avec les parcours de commutation courts qu'il est possible de réaliser dans le montage décrit, en des temps d'un ordre de grandeur de 200 microsecondes seulement. 69 33980 6 2026990 REVENDICATIONS 1. Procédé d'accélération de la commutation du courant dans des appareils de dépôt électrochimique de matière en cas de court-circuit, procédé qui utilise un dispositif de commutation dans lequel plusieurs thyristors sont montés en parallèle avec le par- 5 cours de travail, s'allument lors d'un court-circuit de celui-ci et forment une dérivation par rapport à lui, caractérisé par le fait qu'après l'apparition du court-circuit dans chaque branche contenant un thyristor ou sur le conducteur commun à tous les thyristors et connecté à la pièce est induite une contre-tension 10 qui crée un courant agissant à 1'encontre du courant de court-circuit dans l'intervalle de travail. 2. Dispositif de commutation permettant la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'à chaque branche contenant un thyristor est incorporé l'enrou- 15 lement secondaire d'un transformateur dont l'enroulement primaire est inséré dans un circuit comprenant un thyristor, une diode, un condensateur de charge et une source de tension de charge. 3. Dispositif de commutation suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la tension du condensateur de charge 20 est réglable en fonction du courant de travail. 4. Dispositif de commutation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'un court-circuiteur mécanique est monté en parallèle avec le parcours de travail et avec le court-circuiteur à thyristors.