Brevet FR2253597A1 — publié le 19750704

La présente invention concerne les appareils d'alimentation en courant destinés à être utilisés pour une opération de coupe à l'arc électrique dans laquelle l'inten ite moyenne du courant de coupe est supérieure à 100 ampères. Il est connu que les vitesses de coupe dans une opération de découpage à l'arc électrique sont proportionnelles aux courants de travail à condition que la tension de travail reste constante. Par conséquent, il faut une intensité de courant élevée pour assurer une vitesse élevée de coupe. Lorsque l'intensité de courant est très importante, le temps de décharge (largeur d'impulsion) est augmenté et la deonisation de l'espace suivant chaque décharge s'effectue lentement, ce qui réduit lafréquence de la repetition de décharge. La présente invention apporte de ce point de vue un appareil de découpage à l'arc électrique perfectionné avec lequel on atteint un haut niveau d'efficacité de travail.Cet appareil comprend en tant que source d'impulsions sinu soidales de 100 à 120Hz du type à oscillation indépendante, un circuit assurant une source d'énergie à courant continu obtenue par redressement à deux alternances d'un courant alternatif monophasé d'entrée à la fréquence du secteur(50 ou 60 Hz), ledit circuit comprenant un transformateur, une inductance de protection et un redresser, comme le montre-la figure 1, et présente la caractéristique que lton décrira ci-apràs. Sur la fifre 4 on voit un appareil classique utili e ju qut pre ent pour l'alimentation en courant d'un appareil à découpage à l'arc électrique, comprenant un transformateur à tension constante 1, un redresseur à deux- alternances 2, une résistance 3, une électrode 4 en forme de bande connectée au coté négatif de la source d'énergie à courant continu I et 2 et entraînée par un moteur 10 de faco + passer sur une poulie 11, une pièce 5 devant être découpée qui est connectée au coté positif de la source d'énergie à courant continu 1 et 2, un espace de décharge 6, un dispositif d'avance 8 destiné à avancer la pièce 5 vers l'électrode mobile 4, une bague de frottement 9, un moteur 10 d'entraînement de l'electrode et une poulie 11. Toutefois, une source d'énergie classique pour le découpage à l'arc électrique présente les inconvénients suivants 1/ Lorsque la longueur de coupe (désignés 5 (1) sur la figure 4) de la pièce à découper est grande, une quantité importante de copeaux résultant du découpage s'accumule dans l'espace de decharge de sorte qu'il peut sty produire un court-circuit. 2/ Il n'y a pratiquement aucune différence entre la tension de crête et la tension moyenne, dans la forme d'onde de la tension, l'interruption du courant de décharge ne dépendant que du mouvement de l'électrode et de la pré sence d'un. film isolant produit par le liquide de traitement air la surface de la piece à découper (côte positif), de sorte qu'une limite est imposée à l'augmentation du courant moyen de coupe. 3/ Lorsque l'intensité du courant mayen de coupe est de 100 amperes (tension d'alimentation : 27 volts), la tension moyenne de coupe est de~ 22 volts par rapport à la tension de maintien de l'arc. Par conséquent, la résistance 3 représentdtsur la figure 4 devient de 0,05ohm. Dans ces conditions, Si un court-circuit se produit au cours d'une opération de découpage, un courant de court-circuit de 540 amperes environ est créé, ce qui risque d'abîmer la surface coupée et de détruire les composants du circuit. Pour ces raisons il est difficile d'effectuer, avec un appareil classique, un découpage stable dans le cas d'un grand courant moyen de coupe et de réaliser un circuit économique. Quant à l'appareil d'alimentation du type à oscillation indépendante pour découpage à l'arc électrique, appareil comprenant des éléments semiconducteurs de commutation, on peut obtenir un fonctionnement stable indépendamment de 11 espace de décharge, mais un tel appareil présente l'inconvénient qu'il est compliqu#t onéreux lorsqu'il s'agit d'un courant élevé de coupe. Un but de la présente invention est en conséquence de réaliser un appareil d'alimentation# du type à oscillation indépendant pour découpage à l'arc électrique à grande vitesse en remédiant aux inconvénients des appareils classiques. Un mode de réalisation de la présente invention est décrit ci-apres à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma de montage d'un appareil conforme à la présente invention -les figures 2 (A), (B) et (C) sont des courbes caractéristiques représentant les états d'opération - les figures 3 (A) et (B) représentent les courbes caractéristiques du circuit - la figure 4 est un schéma de montage d'un appareil classique. Comme on le voit sur la figure 1, la présente invention comprend un circuit A abaisseur de tension et un redresseur biphasé à deux alternances Rf. Le circuit A comprend un transformateur monophasé T genroulement pi maire 220 volts et enroulement secondaire 27 volts) et une induction de protection Ra limitant l'intensité du courant de travail. Le redresseur biphasé à deux alternances Rf est#connecté, d'une part par sa sortie à une pièce N découper et à une électrode E, ces deux dernières étant séparées par un espace, et d'-autre part, par son entrée au circuit A. Les figures 2 (A), (B) et (C) sont des graphiques représentant les formes d'onde de la tension et du courant entre l'électrode E et la pièce W, la figure 2 (A) repre entant la forme d'onde de tension lorsqu'aucune décharge n'est effectuée. Selon ce graphique, Si la tension d'alimentation est de 27 volts à 50Hz, la durée d'impulsion est de 10. ius. La figure (Bj représente la forme d'onde de la tension au cours de l'operation de découpage et la figure 2 (C) représente la forme d'onde du courant au cours de ltoperation de décou page. Dans chaque graphique, la tension ou le courant est porté en ordonnée et le temps en abscisse. La figure 3 (A) est un graphique représentant le rapport entre la tension et le courant du circuit de la présente invention et la figure 3 (B) est un graphique représentant le rapport entre la sortie de la source d'alimen tation en courant et la tension de l'espace. En général, pour une opération de découpage à l'arc électrique, on uti lise une bande en acier doux comme l'électrode et l'opération s'effectue pen dant qu'on verse dans l'espace un liquide de traitement tel que de jeau pure ou une solution aqueuse dont l'ingrédient principal est le silicate de soude. Dans les cas ou l'électrode est en acier doux et la pièce W est en acier, la tension de maintien de l'arc-est comprise entre 20 et 22 volts. Lorsque la tension moyenne de coupe est légerement supérieure à cette valeur, on assure une opération de coupe tres stable.Par conséquent, l'appareil d'alimentation en courant conforme à la présente invention, dans lequel la caractéristique tension-courant, représentée sur la figure 3 tA?, est assurée par une induc tance de protec#tion Ra limitant l'intensité de courant afin d'obtenir une sortie maximale à une tension moyenne de coupe comprise entre 20 et 22 volts, comme le montre la figure 3 (B),' l'électrode E étant constituée par une banqe en acier doux, la pièce à découper étant en acier et le liquide de trai tement étant une solution aqueuse renfermant du silicate de soude et ayant une gravité spécifique de 1,2, permet d'effectuer ltoperation de découpage avec une intensité moyenne de courant de découpage de 200 amperes tout en versant ledit liquide dans ledit espace, l'électrode en bande d'acier doux se déplaçant à une vitesse de 15 m/sec. Dans ces conditions on obtient une surface coupée dont la rugosité est comprise entre 50 et 60 Z R maximum et une vitesse de cou pe de 12 cm2 imin. On décrit maintenant le fonctionnement de l'appareil conforme à la pré sente invention à la lumière des résultats obtenus. Les formes d'onde de la tension et du courant constatées dans ce mode de réalisation sont celles représentées sur les figures 2 (B) et (C), la forme d'onde du courant pulsatoire obtenue (C)# représentant un temps de décharge (largeur d'impulsion) de 8 millisecondes et un temps de repos de 2 millisecondes. Autrement dit, la tension/tespace monte depuis zéro suivant une courbe sinusoldale et la décharge commence à la tension d#'amorçage carac téristique d'un espace donné. Ensuite, la tension est maintenue pendant un temps prédéterminé dans la gamme d'une tension moyenne de découpage, c'est-à-dire comprise entre 22 et 25 volts. Pendant ce temps, le courant de décharge présente sensiblement une forme d'onde sinusoidale depuis l'amorçage de la décharge. Lorsque la tension de l'espace est tombée au-dessous de la tension de maintien de l'arc, tension comprise entre 20 et 22 volts, le courant de décharge est sûrement interrompu, l'électrode E se déplaçant par rapport à la pièce W à une vitesse de 15 m/sec. Même si un court-circuit se produit dans l'espace au cours de ltopération de découpage, le courant de court-circuit Is est limité pour ne dépasser le courant moyen de découpage que de 10 ou 20% au maximum, comme le montre la #figure 3 (A), de sorte qu'il n'est pas de risque d'abîmer la surface coupée. Ainsi, l'appareil conforme à la présente invention permet une vitesse de coupe supérieure d'au moins 30% à celle obtenue avec un appareil classique. Du fait qu'on applique une puissance# d'entrée à courant alternatif à la fréquence du secteur à l'appareil conforme à la présente invention, la fréquence de répétition de décharge est deux fois la fréquence du secteur. Toutefois, comme on l'a mentionné ci-dessus, les appareils classiques d'alimentation en courant utilisent de l'énergie à courant continu et à tension constante obtenue par redressement triphasé à deux alternances du- courant du secteur, l'interruption du courant de décharge n'étant effectuée que par le mouvement de l'électrode et par la présence d'un film isolant produit sur la surface de la pièce découper par électrolyse du liquide de traitement. Par conséque#nt, il est difficile d'assurer une telle interruption dans un appareil classique lorsqu'il s'agit d'un courant important et en outre, vue le fonctionnement peu stable et la vitesse de coupe réduite d-e tels appareils, la stabilité de répétition de décharge de 'appareil conforme à la présente invention apporte un avantage non négligeable. En outre, on peut obtenir la même caractéristique d'abaissement de tension du circuit A de la figure 1 en prévoyant un transformateur à fuite au lieu du transformateur monophasé T et de l'inductance de protection Ra. REVENDICATIONS 1. Appareil d'alimentation en courant destiné à être utilisé pour une opération de découpage par décharge d'un arc électrique effectuée à une intensité de courant-d'au moins 1-00 ampères, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit abaisseur de tension recevant une entrée de courant alternatif monophasé à la fréquence du secteur, la caractéristique -d'abaissement de tension de ce circuit étant telle qu'on obtient une sortie maximale à une tension supérieure de 3 ou 4 volts à la tension de maintien de l'arc, celle-ci étant déterminée par ltélectrode, la piece a découper et le liquide de traitement utilisés, et q'un courant de court-cirtuit ne dépasse pas une valeur égale à 1,5 fois le courant moyen de coupe, un redresseur à deux alternances étant connecté dans ledit circuit, tandis que la pièce a découper et l'électrode séparées par un espace étroit sont connectées à la sortie dudit redresseur. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit åb-ai-sssur de tension comprend un transformateur et une inductance de protection. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit abaisseur de tension comprend un transformateur à fuite.