Brevet FR2165809A1 — publié le 19730810

La présente invention se réfère aux installations utilisées pour la production du courant électrique nécessaire au soudage a l'arc. On sait que cette opération exige un courant alternatif ou continu suivant les cas, de tension réglable, bien inférieure à celle des réseaux habituels de distribution d'énergie électrique. La production de ce courant pose donc en général des problèmes de transformation et de réglage. On a imaginé à cet effet un très grand nombre de dispositifs. Dans le cas de soudage en courant alternatif, on a utilisé des transformateurs à prises multiples, a shunt réglable, etc.... Ces appareils sont volumineux, lourds et coûteux. En ce qui concerne le soudage en courant continu, on a utilisé des groupes tournants qui donnent de bons résultats, mais dont le coAt est extrémement élevé. On a redressé le courant secondaire d'un transformateur réglable, mais outre que de tels transformateurs sont lourds et coûteux, comme indiqué plus haut, le redressement du courant qu'ils produisent posent des problèmes difficiles. On a enfin cherché a redresser directement le courant du réseau par le moyen de redresseurs commandés permettant d'obtenir une tension réglable a volonté, mais les installations de ce genre sont compliquées, coûteuses, dangereuses et de fonctionnement incertain. L'invention vise a% remédier aux inconvénients qui précèdent et a permettre d'établir une installation de production de courant pour soudage a l'arc qui puisse convenir aussi bien dans le cas du soudage en alternatif que dans celui du soudage en continu, qui ne comporte que des appareils légers, peu encombrants et de prix de revient relativement faible, qui ne présente aucun des problèmes délicats auxquels on s'est heurté jusqu'ici, et qui cependant soit susceptible de donner parfaite satisfaction à l'usage. Conformément a l'invention une telle installation comprend en combinaison un dispositif de redressement direct de la tension du réseau, un onduleur a fréquence relativement élevée alimenté par le courant ainsi redressé, un transformateur réglable recevant au primaire la sortie de l'onduleur pour donner au secondaire une tension alternative de valeur réglable et, si l'on veut souder en continu, un second dispositif de redressement recevant la tension de sortie de ce transformateur. On conçoit que le dispositif de redressement de la ténsion du réseau, qui ne comporte ni enroulement, ni circuit magnétique, peut être d'une extrême simplicité, n'occuper qu un volume très réduit, ne présenter qu'un poids très faible et ne correspondre qu'a un coût limité. Il en va identiquement de même de 1'onduleur pour lequel on peut prévoir une fréquence de l'ordre de 500 a 1000 Hz. Bien entendu cet onduleur doit pouvoir fournir la puissance nécessaire au soudage avec un facteur de puissance acceptable. Quant au transformateur, en raison de la fréquence élevée du courant qui l'alimente, l'importance de son circuit magnétique et de ses enroulements primaire et secondaire peut être très réduite, de sorte qu'il constitue un appareil élémentaire léger, peu encombrant et peu coûteux. Si ce transformateur doit être suivi d'un dispositif redresseur, on retrouve pour celui-ci les mimes avantages que pour le dispositif de redressement de la tension du réseau, étant au surplus noté que la tension a redresser est alors beaucoup plus faible et la fréquence beaucoup plus élevée, ce qui simplifie encore les problèmes a% résoudre. Le dessin annexé, donné a titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer La figure unique de ce dessin représente sous forme ex trMmement schématisée une installation de production de courant électrique de soudage a l'arc suivant l'invention. On a supposé que l'énergie électrique était prélevée a partir d'un réseau triphasé 1 à tension industrielle. Cette tension est redressée par le moyen d'un dispositif de redressement Ri comprenant six diodes 2 montées en ponts de Graetz sur les trois phases, de sorte qu'on obtient un courant continu relativement régulier sur les deux conducteurs de sortie 3 de ce dispositif. Le courant continu des conducteurs 3 est amené a# un onduleur a fréquence élevée qu'on a représenté par un simple rectangle 4. Cet onduleur peut être de tout type approprié. Il peut notamment comporter des semi-conducteurs commandés (transistors, thyristors, etc...), la cadence étant réglée par un oscillateur approprié, tel qu'un circuit résonnant auto-entretenu, an oscillateur a cristal, etc.... Pour fixer les idées sa fréquence de fonctionnement peut etre comprise entre 500 et i 000 Hz. Il peut être de n'impor- te quel type approprié, par exemple a commutation forcée ou à commutation naturelle avec auto-oscillation ou oscillation pilotée. Dans le cas de la commutation naturelle le circuit oscillant peut être en parallèle ou en série ; des montages mixtes sont également possibles. La charge peut être intercalée en série ou en parallèle sur le circuit oscillant et de plus le montage peut être à pont complet ou avec diviseur de tension. Il convient d'ailleurs de rappeler que les appareils du genre en question sont bien connus dans la technique et qu'il est donc inutile d'entrer davantage dans le détail de cet ondulateur 4. Le courant alternatif monophasé produit par l'onduleur 4 est amené par deux conducteurs 5 au primaire 6 d'un transformateur auquel on a affecté la référence générale T. Ce transformateur comporte un enroulement secondaire 7 qui alimente un second dispositif de redressement R2 constitué par quatre diodes 8 montées en pont de Graetz. C'est le courant continu sortant de ce pont qui est envoyé au dispositif de soudage qu'on a schématisé sur le dessin annexé sous la forme d'une électrode 9 travaillant sur une pièce à souder 10. Le réglage du transformateur T peut s'effectuer de toute manière appropriée. Dans une forme d'exécution préférée l'on prévoit de monter les deux enroulements 6 et 7 sur des noyaux différents de la carcasse magnétique de l'appareil et l'on associe à l'enrou- lement secondaire 7 un enroulement auxiliaire de réglage il alimenté en courant continu et qui permet de saturer plus ou moins le noyau sur lequel ledit enroulement 7 est monté. L'alimentation de l'enroulement auxiliaire il peut être obtenuede toute façon connue. Dans la forme d'exécution représentée, on prélève le courant continu a la sortie du dispositif de redressement RI par le moyen de deux conducteurs 12 qu'on fait aboutir à un circuit de réglage 13. La sortie de ce circuit est reliée à l'enrou- lement Il par deux conducteurs 14. Quant au circuit 13 on le met sous la dépendance de tout paramètre approprié, par exemple, et comme montré, de l'intensité fournie à l'arc. Sur le dessin on a représenté en 15 une résistance de faible valeur propre à déterminer une légère différence de potentiel qu'on applique à l'entrée de commande du circuit 13 de manière que ce dernier assure une alimentation de l'arc sous intensité constante. On conçoit d'ailleurs qu'au lieu de choisir comme paramètre l'intensité fournie à l'arc, on pourrait se baser sur la tension aux bornes de celui-ci, ou sur une combinaison de l'intensité et de la tension de façon à assurer que l'une varie plus ou moins en fonction de l'autre. Concernant le transformateur T et son réglage, il convient d'ailleurs de remarquer que les conditions imposées varient suivant le genre de soudage, notamment : courbe statique, tension et/ou intensité à caractéristiques tombantes ou à caractéristiques avec tension constante. Les caractéristiques dynamiques peuvent avoir des points répétitifs. Le soudage peut en effet s'envisager i0 à cadence rapide (soudage dit MIG à tension constante en régime transitoire avec impulsion de projection) 20 à cadence lente (soudage dit TIG à caractéristiques tombantes avec cycle de sécurité). Tout ceci peut être réalisé a) par un contrôle mécanique par shunt mobile en ce qui concerne les caractéristiques tombantes et par transformateur variable pour ce qui est des caractéristiques a tension constante b) par réglage électrique en utilisant un transducteur asservi pour les caractéristiques tombantes et une régulation asservie pour les caractéristiques a tension constante c) par réglage électronique, ce qui constitue la possibilité de contrôle absolu des caractéristiques dynamiques utilisables sur un onduleur a commutation naturelle par déplacement de l'instant d'amorçage des thyristors après passage à zéro du courant dans le circuit d'oscillation, ce déplacement pouvant s'opérer suivant une loi prédéterminée, mais également en fonction de paramè tres prélevés sur le circuit d'utilisation (on peut ainsi effectuer une variation de tension et/ou d'intensité durant la demipériode suivante et également imposer des courbes statiques à pente variable, ainsi que toute impulsion désirée durant le fonctionnement). Le procédé électronique permet encore d'obtenir un réglage instantané de l'intensité ou de la tension indépendamment des fluctuations du réseau d'alimentation. Le rendement réalisé est maximum et le facteur de puissance sur le réseau reste très voisin de l'unité. Quels que soient les détails du réglage, on conçoit que l'installation sus-décrite permet d'alimenter un arc de soudage dans les conditions d'intensité et de tension désirées. Le dispositif de redressement Ri, l'onduleur 4 et le dispositif de redressement R2 constituent des appareils extrêmement légers, d'encombrement très réduit et peu coûteux. Il en va de même pour l'onduleur 4 et pour le circuit de réglage 13. En ce qui concerne le transformateur T, comme il fonctionne sous une fréquence élevée, sa carcasse magnétique et ses enroulements sont peu importants, de sorte qu'il est lui-même léger, peu volumineux et peu coûteux. Il comporte l'avantage d'isoler entièrement le circuit de soudage du réseau. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède nta été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. On con çoit que le nombre de phases du réseau d'alimentation en énergie électrique peut être quelconque. Le cas échéant le dispositif de redressement RI pourrait autre à point central neutre. L'onduleur 4 pourrait entre agencé de manière à débiter du courant alternatif polyphasé, le transformateur T et le second redresseur R2 étant prévus en conséquence. Le circuit de réglage 13 pourrait être remplacé par un dispositif mécanique approprié. On pourrait, le cas échéant, remplacer ltonduleur par un permutateur susceptible d'être directement alimenté en courant alternatif à partir du réseau. REVENDICATIONS 1 - Installation de production de courant pour soudage à l'arc, du genre dans lequel on prélève l'énergie électrique à partir d'un réseau alternatif industriel par le moyen d'un dispositif de redressement, caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison - un dispositif de redressement direct de la tension du réseau, sans transformateur intermédiaire - un onduleur à fréquence relativement élevée alimenté par le courant redressé provenant du dispositif ci-dessus - un transformateur dont le primaire reçoit le courant alternatif à fréquence élevée produit par l'onduleur - et des moyens de réglage de la tension secondaire produite par le transformateur. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un second dispositif de redressement de courant alimenté par le secondaire du transformateur. 3 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le réglage de la tension secondaire du transformateur est obtenu par le moyen-d'un enroulement auxiliaire à courant continu associé à l'enroulement secondaire en vue de saturer dans une plus ou moins grande mesure la branche du circuit magnétique sur laquelle cet enroulement secondaire est monté. 4 - Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'enroulement auxiliaire du transformateur est alimenté par la tension continue provenant du premier dispositif de redressement. 5 - Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la tension fournie à l'enroulement auxiliaire du transformateur est réglée automatiquement en fonction de l'un des paramètres de l'arc de soudage. 6 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de réglage de la tension secondaire du transformateur agissent sur l'onduleur. 7 - Installation de production de courant pour soudage à l'arc. à partir d'un réseau alternatif industriel, caractérisé en ce qu'elle comprend en combinaison - un permutateur transformant le courant alternatif de ce réseau en un autre courant alternatif à fréquence plus élevée - un transformateur dont le primaire reçoit le courant al alternatif a fréquence e levée produit par le permutateur ; - et des moyens de réglage de la tension secondaire produite par le transformateur.