Brevet FR2085271A1 — publié le 19711224

La La présente invention est relative aux alimentateurs linéaires en tension et intensité à commande statique, destinés plus particulibrement à l'alimentation des postes de soudage à l'arc. Les différents types alimentant les postes de soudage à l'arc-ont-pour rôle d'abord, d'abaisser la tension du réseau à une valeur égale à la tension d'amorçage nécessaire, tension qui est de l'ordre de 45 a 50 volts et qui peut aller jusqu'à 100 volts, ensuite de permettre le réglage de l'intensité du courant de soudage, enfin de réaliser des conditions d'ali- mentation rigoureusement stables, permettant ainsi le maintien d'un arc. stable Les alimentateurs ont donc pour rôle, lorsque l'on passe du régime d'amorçage au régime de soudage, d'abaisser la tension et d'augmenter l'intensité. Actuellement, les appareils statiques les plus répan- dus sont les transformateurs statiques monophasés simples. Le réglage de la tension, est parallèllement celui de l'intensité, s'effectuent par un volant magnétique réglable qui permet de déplacer l'entrefenêtre du noyau magnéti- que. Mais, ces noyaux magnétiques sont plus ou moins saturés et ils entrainent tôt ou tard des fluctuations de tension et dtintensité. Or, pour obtenir une soudure parfaitement propre, c'est-à-dire sans boursuflures, il est nécessaire que les caractéristiques du courant d'alimentation ne bougent absolument pas. C'est ainsi que les appareils les plus récents utilisent des thyristors qui garantissent la linéarité des fonctions tension et intensité. Tous ces appareils à réglage continu, pré- sentent les mêmes caractéristiques tombantes du transformateur, au détriment d'une puissance~ de sortie. La présente invention a pour but d'obvier à ces divers inconvénients; elle a pour objet un alimentateur linéaire en tension et intensitd à commande statique, qui de par sa conception, permet d'éliminer les pertes de puissance d'une part, et d'éliminer toute usure mécanique due au réglage d'autre part. L'alimentateur linéaire selon l'invention est carac- risé en ce qu'il se compose : d'un bloc de commande statiqué de l'e#rouit ment primaire divisible d'un transformateur de puissance, composé de #1# thyristors montés en opposition, directement alimenté par le secteur en courant alternatif, reiié d'une part à un premier enroulement primaire c; au transformateur jouant le rôle de stabilisateur statique et d'autre part ffi une borne de l'enroulement primaire divisible d'un transformateur de puissa; l'autre borne de ce dernier enroulement étant reliée elle-même à une ph@ de l'alimentation ; dudit transformateur de puissance constitué en outre @@ deux enroulements secondaires, un premier enroulement de puissance c tant un pont de graetz redresseur et un second enroulement alimentant us.@@@ bleur de tension, l'action dudit doubleur agissant sur la tension redresses de puissance avant même la sortie de cette dernière vers l'utilisation; transformateur d'isolement jouant le rôle de stabilisateur statique dont second enroulement primaire, alimenté par le courant de sortie, a pour de se mettre en opposition et de stabiliser à une valeur désirée les impu@@@ fournies par le premier enroulement primaire dudit transformateur d'isol@@@@ la différence entre les impulsions du premier et du second enroulement pr: maire agissant sur deux enroulements secondaires du transformateur d###k ment, chacun des deux enroulements secondaires commandant et stabilisa-r respectivement l'angle de conduction de chacun des thyristors du bloc de cor mande d'entrée. L'invention sera bien comprise à l'aide de la desc:c- tion qui suit, en référence au dessin annexé, relatif à un mode de réalisation préféré de l'invention. La figure unique montre le schéma électronique de commande du système de l'invention. L'alimentateur linéaire comporte quatre parties principales à savoir : un bloc de commande statique de l'enroulement primaire divisible d'un transòrmatcur dc puissance, un transformateur de puissance TI 3 un enroulement primaire divisible L1 et 1.2 et à deux enroulements secondaires L3 et IA, un ensemble comportant un pont redresseur et un doubleur de tension, et enfin un stabilisateur statique commandant les deux thyristors du bloc de commande d'entrée. Le bloc de commande statique comporte une comman de électronique de puissance et son asservissement. Il se compose essentiel liement: - de deux thyristors Thi et ThZ montés en opposition pour commander les deux angles des sinusofdes, soit la sinusoïde positive et la sinusoide néga tive d'une même alternance. Le système composé par ces deux thyristors est monté à cet effet sur l'une des phases alimentant l'enroulement primaire divisible du transformateur de puissance PI; - d'un système de protection composé de deux diodes DPI et DP2, protégeant ce circuit contre les surintensités instantanéea., et deux fusibles F1 et F2.. Deux diodes DL1 et DLZ limitent la tension sur la gachette cathode des thyristors THl et TH2. La sortie du bloc de commande est connectée va l'en roulement LZ du transformateur de puissance T1 ceci au travers d'une résis-, tance de puissance R1. D'autre part, cette même phase, prise avant le bloc de commande comportant les deux thyristors THI et TH2, alimente; l'entrée d'un pont de graetz PD1, ceci au travers d'une résistance R5. La deuxième phase de l'alimentation, sur laquelle est montée d'une part, un disjoncteur thermique DT et d'autre part un syste- me dXommutation ~ 2 volts-380 volts, alimente la seconde borne de l'en roulement divisible primaire du transformateur Tl. Les sorties du pont de diode PD i sont reliées d'une part i un premier enroulement primaire L1 du transformateur d'isolement T2 et d'autre part, au travers des résistances R 10 et R 9, à la borne 2 d'une diode d'unijonction Ul La tension de sortie du pont de diode PD1 est filtrée par la résistance R10 et stabilisée par une diode zener. Cette tension, ainsi stabilisde par la diode zener alimente d'une part le premicr enroulement primaire L1 du trKansíorrnateur d'isolement T2 et la b#ase 2 du semi-conducteur programmable U1 au travers de la résistance R9. Sur le drain de la diode d'unijonction U1, le condcnsateur C3 va être chargé proportionnellement à une valeur affichée par un potentiomètre P2. Le premier enroulement primaire L1 se voit donc délivrées par la base l du semi-conducteur programmable Ul, des impulsions préréglées selon l'ensemble condensateur C3 et potentiomètre P2. Cette impulsion délivrée alimente donc,au stade suivant,les enroulements secondaires L3 et L4 du' transformateur d'isolement T2, enroulemenk qui sont respectivement liés aux gachettes cathodes de chacun des thyristors TH1 et THZ ainsi représentés-sur le schéma par les lettres A et B. ~ Le transformateur d'isolement T2, dont les enroulements sont iso lés entre chaque spire par un isolant de plusieurs milliers de volts comporte, outre les deux enroulements secondaires et le premier enroulement primaire mentionné, un second enroulement primaire L2 pouvant être commandé, ou mis hors circuit par l'interrupteur Il. Le transformateur de puissance T1 à enroulements multiples, a son enroulement primaire divisible Li et L2 relié d'une part à une phase de -l'alimentation et d'autre part à l'autre phase comportant le bloc de commande statique caractérisé essentiellement par les thyristors TH1 et THID et par-la résistance de puissance Rl. Ce transformateur T1 est en outre muni de deux exnroulements secondaires L3, enroulement de puissance ce alimentant un pont de graetz redresseur, et L4 > second enroulement alimen tant un doubleur de tension. L'enroulement de puissance L3, constitué par un fil de gros diamètre, alimente un pont de graetz constitué par les diodes D1, DZ D3 et D4. Des condensateurs de protection CP protègent ces quatre diodes contre les courants d'extra-rupture ainsi que la résistance R7. En parallèle sur ce pont de diodes est adjoint un ensemble doubleur de tension constitué par deux diodes D5 et D6 d'une part, et par deux condensateurs montés en série Cl et C2 d'autre part.Ce doubleur de tension, alimenté au travers d'une résistance R2 est protégé par une résistance R6 et un condensateur de protes tion CP, peut être mlsbrscircuit par l'interrupteur I 2 placé intermédiairement entre la résistance RZ et l'une des bornes du second enroulement secondaire L4 du transformateur Pl, enroulement constitué par un fil fin. Le doubleur de tension agit sur la tension redressée obtenueà la sortie du pont de graetz, et ce avant même la sortie de cette tension vers l'utilisation. Cette tenson de sortie, obtenue aux bornes de l'ensemble redresseur-doubleur, alimente une troisième pont de diodes PD2. La sortie de ce pont de graetz filtrée par la résistance R4 et stabilisée par la diode zener DZ2 alimente une diode d'unijonction U2. La base 2 de cette diode U2 est alimentée au travers de la résistance R8 et la base I de cette même diode d'unijonction alimente le second enroulement primaire L2 du transformateur d'isolement .T2. La seconde borne de l'enroulement L2, sur laquelle est disposée l'interrupteur I1, est refermée sur la phase courant négatif reliée à la diode zener DZZ. Le ,drain du semi-conducteur programmable U2 est alimenté proportionnellement à une valaur affichée par un ensemble constitué par un condnsateur C4 et le potentiomètre P1. Ainsi, l'impulsion de la diode d'unijonction U2 est décalée de 180 par rapport à l'impulsion reçue par le premier enroulement primaire Llde'T2. Le râle du potentiomètre PI est donc essentiellement de fonctionner comme afficheur de stabilisation pour la sortie du courant du bloc redresseur. En effet, l'impulsion de U2 agit sur le noyau du transformateur T2. Les impulsions reçues par les enroulements secondaires L3 et LA du transformateur T2, transformateur qui joue le rôle de stabilisateur statique--, sont directement fonction de l'action du second enroulement pri maire L2 sur le premier enroulement primaire L1. Les enroulements secondaires t3 et IA c,ui,corrme il a été mentionné précédemment, commandent le s vachettes des .thyristors I THl et TH2,voient leurs impulsions déterminées et stabilisées à une valeur désirée obtenue selon l'affichage du potentiomètre P1, L'alimentateur linéaire selon 1'. invention est donc destiné à augmenter le rendement du transformateur à des taux de l'ordre de 98,-99 7o alors qu'auparavant les rendements autorisés n'étaient que de l'ordre de 30 à 65 %.Du fait de ces faibles rendements, les transformateurs utilisés devaient être de poids importants et l'alimentateur selon l'invention a donc l'avantage de pouvoir maintenant utiliser des appareils de poids beaucoup plus réduits; en outre, l'alimantateur selon l'invention garantit surtout la linéarité des fonctions intensité et tension, et ce à des valeurs préréglées entre un O et un 100 %, supérieures aux valeurs classiques exigées notamment en ce qui concerne la tension d'amorçage par la superposition d'une seconde fréquence qui,d'abord, procure une diminution du taux d'ondulation, et ensuite, augmente la valeur de tension d'amorçage. Naturellement l'invention n'est pas limitée aux modes d'applications, non plus qu'aux modes de réalisations qui ont été mentionnés, On pourrait concevoir diverses variantes, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVEN'DICATI02u'S 1) Alimentateur linéaire en tension et intensité, à com mande statique, destiné notamment à l'alimentation des postes de soudage à l'arc, caractérise en ce qu'il se compose d'un bloc, de commande statique de l'enroulement primaire divisible d'un transformateur de puissance, compose de deux thyristors montés en opposition, directement alimenté par le secteur en courant alternatif, relié d'une part à un premier enroulement primaire d'un tra##nsforma#teur jouant le rôle de stabilisateur statique et d'autre part à une borne de l'enroulement primaire divisible d'un transformateur de puis sance, l'autre borne de ce demier enroulement étant reliée elle-même à une phase de l'alimentation; dudit transformateur de puissance constitué en outre de #deux enroulements: secondaires, un premier enroulement de puissance alimentant un pont de graetz redresseur et un second enroulement alimentant un doubleur de tension, l'action dudit doubleur 'agissant sur la tension redres sée de puissance avant même la sortie de #cette dernière vers l'utilisation;; dudit transformateur d'isolement jouant le râle de stabilisateur statique dont un second enroulement primaire, alimenté par le courant de sortie, a pour -rôle de se mettre en opposition et de stabiliser à une valeur désirée les im pulsions fournies par le premier enroulement primaire dudit transformateur d'isolement, la différence entre les impulsions du premier et du second en roulement primaire agissant sur deux enroulements secondaires du transfor mateur d'isolement, chacun des deux enroulements secondaires commandant et stabilisant respectivement l'angle de conduction de chacun des thyristors du bloc de commande d'entrée. 2) Alimentateur linéaire selon la revendication 1 ca ractérisé en ce que le bloc de commande statique alimente l'enroulement pri- maire divisible du transformateur de puissance au travers d'une résistance de puissance. 3) Alimentateur linéaire selon l'une quelconque des revendi cations 1 et 2 caractérisé en ce que le doubleur de tension se ccRrr. ,e d'une part dc deux diodes et d'autre part de deux condensateurs montés en série, ledit doubleur de tension pouvant être mis hors circuit par un intcrrup teur. 4) Alimentateur linéaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le second #n#rôulement primaire du transformateur d'isolement, alimenté par le courant de sortie, est précé dé par un ensemble constitué par un condensateur et un potentiomètre ali mentant proportionnellement à une valeur affichée par ledit potentiomètre le drain d'une diode d'unijonction, les deux bases de cette diode d'unijonction étant respectivement connectées aux deux bornes du second enroulement primaire, l'alimentation de l'une des deux bases étant filtrée par une résistance et stabilisée par une diode zener. 5) Alimentateur linéaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le premier enroulement primaire du transformateur d'isolement, alimenté au travers d'un pont de graetz par le secteur alternatif, est précédé d'un ensemble constitué par un condensateur et un potentiomètre alimentant proportionnellement X une valeur affichée par ledit potentiomètre le drain d'une diode d'unijonction, l'une des bases de cette diode d#un'ijonction étant reliée à l'une des bornes du premier enroule ment primaire et l'autr';-e base de cette diode d'unijonction, connectée à l'une des sorties du pont de graetz, ayant son alimentation filtrée par une résistas ce et stabilisée par une diode zenero