Brevet FR2419607A1 — publié le 19791005

L'invention a pour objet un redresseur à thyristors pour l'alimentation d'un arc de soudage dans des atmosphères protectrices, lorsque le soudage est eSectué avec une électrode fusible. Dans les redresseurs à thyristors, pour l'alimentation d'arcs de soudage dans des atmosphères protectrices, connus et décrits dans la littérature technique, la tension de sortie, redressée, constitue l'un des paramètres du processus de soudage et sa valeur est réglée d'une façon mixte, ctest-à-dire que l'on dispose de deux ou trois sous-gammes réglées de façon discontinue en commutant les différents enroulements du transformateur d'alimentation du circuit de redressage, tandis que dans le domaine des différentes sous-gammes, la tension est réglée de façon continue en changeant les paramètres des thyristors.Dans ces redresseurs, il n'est pas possible de régler la tension d'alimentation de l'arc de soudage dans des atmosphères protectrices, dans toute la gamme de valeurs de tension requises, en changeant les paramètres des thyristors, car, lorsque les angles de blocage des thyristors sont plutôt grands, on note de fortes fluctuations des valeurs instantanées de la tension redressée, ce qui détériore les propriétés de soudage et, lorsque les angles de blocage sont encore plus grands, le soudage ne peut pratiquement plus être effectué. a'est pour cette raison que l'on procède à un réglage par échelons de la tension d'alimentation fournie par le redresseur à thyristors en commutant les différents enroulements du transformateur d'alimentation, ce réglage devenant continu à l'intérieur de chacune des so us-gammes, en étant réalisé en changeant les paramètres des thyristors. Un défaut de ces redresseurs est constitué par le fait que le réglage continu de la tension de sortie est possible uniquement à l'intérieur de deux ou trois sous-gammes, ainsi que par le fait que les possibilités de commande des thyristors ne sont pas complètement mises à profit ; qu'il est nécessaire d'employer des circuits compliqués de commutation des enroulements du transformateur d'alimentation et que l'usure des matériaux est plutôt intense, surtout dans le transformateur d'alimentation. le circuit de redressage à thyristors, qui comprend en général six thyristors, est commandé dans ces redresseurs, par des circuits électroniques très compliqués. Chaque thyristor est -équipé d'un système de commande séparé comprenant, en général, un déphaseur, un circuit de synchronisation, ainsi qu' un générateur et un amplificateur d'impulsions amorçage Enfin, il est plutôt difficile d'accorder la collaboration et la symétrie des six circuits de commande séparés et de leur assurer un réglage simultané. L'invention a pour but d'éliminer ces défauts et inconvénients. Ce but a été atteint en mettant au point un nouveau redresseur à thyristors pour l'alimentation d'un arc de soudage dans des atmosphères protectrices. Ce redresseur comprend un transformateur d'alimentation, un ensemble redresseur à thyristors constituant le redresseur principal, commandé par un coupleur, et un circuit redresseur auxiliaire à diodes, de faible puissance, dont la sortie est connectée parallèlement à la sortie de l'ensemble redresseur à thyristors. Ta valeur du courant prélevé an redresseur auxiliaire est limitée par des résistances. L'ensemble redresseur à diodes est alimenté par la tension abaissée du transformateur d'alimentation de l'ensemble redresseur à thyristors. Il peut être également alimenté par un transformateur séparé. Le but de la seconde source d'alimentation de l'arc de soudage pendant le soudage dans des atmosphères protectrices est celui d'alimenter "l'espace de l'arc1, en un courant de la valeur de quelques ampères pour soutenir le flux du plasma dans l'arc et de ne pas permettre au flux de s'arrêter lorsque, par suite d'un signal de commande peu élevé, les angles de blocage des thyristors sont grands et les valeurs instantanées de la tension redressée subissent de fortes fluctuations. Lorsque les angles de blocage des thyristors sont grands, la valeur instantanée de la tension redressée dans l'ensemble redresseur à thyristors peut même atteindre zéro.En empêchant que le flux du plasma ne s'interrompt en un tel moment, on améliore d'une façon décisive les propriétés du soudage en rendant possible le soudage même lorsque les angles de blocage des thyristors sont grands. Or rend possible, Ainst d'effectuer le soudage à l'aide de courants peu élevés â d T gamme eri.ère des maleurs de la tension de sortie peut être régl6s de façon continue dans le nouveau redresseur à thyristors, en changeant, d'une faon convenable, les paramètres de travail des thyristors dans l ensemble redresseur. Le coupleur réglant les paramètres de travail des thyristors dans le nouveau redresseur à thyristors pour l'alimentation de l'arc de soudage dans une atmosphère protectrice, comprend trois déphaseurs, un pour chaque phase, un générateur d'impulsions d'amorçage, à "fréquence surélevée" et un système logique qui sert à diriger les impulsions d'amorçage dans des périodes de temps convenables vers les "circuits porte" des thyristors dans l'ensemble redresseur. Le système logique comprend neuf paires de "cireuits porte logiques" et six amplificateurs ; trois paires de circuits porte et deux amplificateurs connectés en série pour chaque phase d'alimentation. Aux entrées des premières paires de circuits porte on fait arriver les impulsions à partir des déphaseurs ; celles-ci étant, aux premières entrées, des impulsions rectangulaires d'une largeur réglée à des valeurs comprises entre 0 et 40 msec selon le déphasage requis pour l'amorçage des thyristors ; tandis qu'aux secondes entrées, séparément pour chaque circuit porte, on fait arriver des impulsions trapézoidales de la largeur de 10 msec et décalées entre elles de 180 . Les sorties des premiers circuits porte logiques sont connectées aux entrées de deux seconds circuits porte logiques appartenant à des voies de transmission différentes mais convenablement choisies selon un ordre acyclique, pour la transmission des impulsions d'amorçage aux circuits porte des thyristors Cela permet d'amorcer simultanément deux thyristors convenables appartenant à des branches différentes du pont redresseur triphasé. Cela est nécessaire pour assurer un travail régulier du pont redresseur triphasé. Les sorties des seconds circuits porte logiques dans la série sont connectées aux entrées des troisiemes circuits porte logiques. Aux secondes entrées connectées entre elles, des troisièmes circuits porte logiques dans la série, on fait arriver des impulsions d'amorçage provenant du générateur d'impulsions d'amorçage. Ces impulsions sont dirigées, par les troisièmes circuits porte logique, vers l'entrée des amplificateurs et, après leur amplification, vers les circuits porte d'amorçage des thyristors. Le temps de conduction des impulsions d'amorçage par les troisièmes circuits porte logiques correspond à la durée dans le temps des impulsions rectangulaires arrivant du déphaseur aux premières entrées des premiers circuits porte logiques.En changeant la largeur des impulsions rectangulaires par variation de la tension de réglage du déphaseur, on obtient une variation de l'angle de réglage des thyristors dans l'ensemble redresseur. Pour faire arriver les impulsions d'amorçage aux circuits porte d'amorçage des thyristors dans l'ensemble redresseur, on peut aussi utiliser un système logique simplifié comprenant six circuits porte logiques à trois entrées et six amplificateurs. Les impulsions rectangulaires de chaque déphaseur arrivent aux premières entrées de deux circuits porte logiques, tandis qu'aux secondes entrées de ces circuits porte on fait arriver, également à partir des déphaseurs, des impulsions trnpézoldales décalées de 1800, séparément à chaque circuit porte. Aux troisièmes entrées de tous les circuits porte logiques, entrées connectées entre elles, on fait arriver les impulsions d'amorçage à partir du générateur d'impulsions d'amorçage. Les impulsions d'amorçage sont conduites par les circuits porte logiques pendant la période où, à leurs premières et secondes entrées, sont présents des signaux correspondants à des "uns" logiques. Les impulsions d'amor çage sont transmises aux circuits porte d'amorçage des thyristors en un temps qui correspond à la largeur des impulsions rectangulaires La largeur de ces impulsions dépend de la valeur de la tension de réglage qui assure la commande du déphaseur.Ce système logique simplifié permet d'assurer la commande des thyristors de l'ensemble redresseur connectés en étoile, dans un domaine entre O et 1800 ou, connectés dans un pont triphasé, dans un domaine entre 60 et 0800. L'objet de l'invention est représenté, dans un exemple de réalisation, sur les dessins annexés Sur ces dessins - La figure 1 représente le schéma d'un redresseur à thyristors pour l'alimentation d'un arc de soudage dans des atmosphères protectrices selon l'invention; - La figure 2 représente un schema du coupleur des hyistors dans le redresseur à thyristors de la figure 1, et - la figure 3 un schéma d'un coupleur à structure simplifiée. Le redresseur à thyristors pour l'olimentotion d'un arc de soudage dans des atmosphères protecttices, représenté, comme exemple de réalisation, sur la figure i ,co mprend - un transformateur triphasé principal TR, - un ensemble redresseur triphasé à thyristors comprenant les thyristors Thl à Th6 connectés de manière à former un pont, - un ensemble redresseur auxiliaire triphasé à diodes comprenant les diodes D1 à D6 connectées de maniera a former un pont et comprenant les résistances R1, R2, - une diode de décharge D7, - une "bobine de choc" L, - ainsi qu'un coupleur de thyristors CU équipe d'un potentiomère de réglage P. Le coupleur de thyristors, représenté, cQmme exemple de réalisation, sur la figure 2, comprend - trois déphaseurs PS, un pour chaque phase, - un générateur d'impulsions d'amorçage GI, - un système logique comprenant les circuits porte logiques GR1 à GR6, GS1 à GS6, GT1 à GT6 et les amplificateurs A1 à A6. Le coupleur de thyristors simplifié, représenté, comme exemple de réalisation, sur la figure 3, comprend - trois déphaseurs PS, un pour chaque phase, - un générateur d'impulsions d'amorçage GI, - un système logique comprenant les circuits porte logiques GR7, GR8 GS7, GS8 - GT7, GT8 et les amplificateurs A1 à A6. La tension de sortie du redresseur à thyristors est réglée grâce à une commande convenable des thyristors Thl à Th6 du moyen des impulsions d'amorçage produites dans le coupleur CU. Lorsque le courant de soudage est plutôt élevé et par conséquent lorsqu'il est également nécessaire d'assurer de fortes tensions d'alimentation de t'arc de soudage, les angles de blocage des thyristors Thi à Th6 sont petits, ce qui provoque des fluctuations également peu importantes des valeurs instantanées de la tension redressée par l'ensemble de thyristors. Dans ce cas, le soudage procède sans perturbations. Lorsque les courants de soudage sont plutôt bas, il est nécessaire d'assurer, pour l'alimentation de l'arc de soudage, une tension redressée moyenne moins forte, ce qui est obtenu en augmentant les angles de blocage des thyristors Thi à Th6. Les valeurs instantanées de la tension redressée présentent alors de grandes fluctuations cycliques et peuvent même atteindre des valeurs nulles. En augmentant les valeurs des angles de blocage des thyristors Th1 à Th6 on assiste à une détérioration du soudage qui est pratiquement rendu inutilisable, lorsque ces fluctuations auront dépassé une certaine limite.Pour améliorer les propriétés du soudage dans des cas comme ce dernier, on a installé l'ensemble redresseur supplémentaire, à diodes, alimenté par une "tension affaiblie" provenant du transformateur TR ou d'un transformateur séparé. La sortie de l'ensemble redresseur à diodes est connectée à la sortie de l'ensemble redresseur à thyristors et alimente l'arc de soudage par un courant d'une dizaine d'ampères qui contient un nombre peu élevé de composantes harmoniques. Ce courant est limité au moyen des résistances R1 et R2. L'énergie obtenue par l'arc de soudage à partir de ensemble redresseur auxiliaire sert à soutenir le flux du plasma aux moments, où les valeurs instantanées de l'énergie qui arrive de l'ensemble redresseur à thyristors diminuent, quelquefois même jusqu a zéro. Les thyristors Thi à Th6 sont commandés par les impulsions d'amorçage à partir du générateur GI d'impulsions d'amorçage, par l'intermédiaire d'un système logique comprenant neuf paires de circuits porte logiques GRO, GR2, GR3, GR4, GR5, GRi GS1, GS2, GS3, GS4, GS5, GS6, G%1, GT2, GT3, GT4, GT5, GT5 et les amplificateurs A1, A2, A3, A4, A5, A6. Le système logique est commandé par les impulsions produites dans trois déphaseurs PS, un pour chaque phase. Deux séries d'impulsions trapézoïdales ICI, IC2 décalées entre eles de 1800 assurent alternativement la commande des circuits porte logiques GR1, GR2. Les circuits porte logiques GR1 et GR2 assurent, alternativement, la conduction des impulsions rectangulaires I9 de largeur réglée à partir du déphaseur PS vers les tarties suivantes du système logique. e largeur de l'impulsion TR est réglée en changeant la valeur du signal CS réglée au moyen d'un potentiomètre. Chacune des slrortes cogiques" GR1 et GR2 assure cette conduction, lorsqu'à son entrée sont simultanément présents des signaux qui correspondent au l'un" logique. C'est alors qu'à la sorti a des circuits porte logiques GR1 et GR2 paraissent des signaux qui correspordent au "zéro" logique. La durée du "zéro" logique à la sortie des circuits porte GR1 et GR2 correspond la la durée des impulsions rectangulaires IR. Le signal du "zéro" logique à la sortie du circuit porte logique GRI entraine l'apparition du signal "un" logique aux sorties des circuits torte logiques GP3 et CT4 indépendamment de l'état des secondes entrées logiques. Ces signaux, transmis aux entrées des circuits porte logiques GR5 et GT6 ouvrent le passage libre aux impulsions d'amorçage arrivant du générateur GI qui, amplifiées par l'amplificateur A1 et A6 provoquent l'amorçage des thyristors Thi et Th6 en ouvrant le passage pour une moitié de la sinusoïde dans le circuit de soudage, à partir de la phase R. L'angle d'amorçage des thyristors dépend de la largeur des impulsions IR arrivant du déphaseur PS. Les circuits porte présents dans les autres branches du système logique sont connectés d'une manière identique, en formant des voies pour les impulsions d'amorçage d'une façon synchronisée avec la tension d'alimentation de l'ensemble redresseur à thyristors. Ainsi, de façon cyclique on transmet les autres moitis des sinusoides de courant dans toutes les phases. Dans le coupleur simplifié, les signaux d'amorçage du générateur GI sont transmis, par le circuit porte logique GR7 à l'entrée de l'amplificateur A1 et au circuit porte d'amorçage du thyristor Thi au moment, où sur deux entrées de ce circuit porte sont présents s'multanément des signaux correspondants à des "uns" logiques. De manière identique, les impulsions d'amorçage sont transmises aux circuits porte d'amorçage des thyristors Th2 à Th6 par l'intermédiaire des autres branches du système logique, de manière synchronisée avec la tension d'alimentation des thyristors. REVENDICATIONS 1. Redresseur à thyristors pour l'alimentation d'un arc de soudage dans des atmosphères protectrices, comprenant un transformateur d'alimentation, un ensemble redresseur à thyristors, une diode de décharge, une bobine de choc et un coupleur des thyristors caractérisé en ce que parallèlement à l'ensemble redresseur de grande puissance à thyristors on y trouve connecté un ensemble auxiliaire de faible puissance à diodes comprenant les diodes(Dl) à (D6) et les résistances (Ri), (R2), alimenté sous une tension diminuée par le même transformateur (TR) que celui du circuit redresseur à thyristors ou d'un transformateur séparé. 2. Redresseur à thyristors pour l'alimentation d'un arc de soudage dans des atmosphères protectrices selon la revendication 1, dans lequel le coupleur des thyristors est caractérisé en ce que les impulsions d'amorçage sont conduites aux circuits porte des thyristors (th1) à(Th6) par un système logique comprenant neuf paires de circuits porte logiques à raison de trois paires de circuits porte pour chaque phase (GR1, GR2, GR3, GR4, GR5, GR6, GS1, GS2, GS3, GS4, GS5, GS6, GT1, GT2, GT3, GT4, GT5, GT6). les entrées des premières paires de circuits porte logiques (GR1, GR2, GS1, GS2, GT1, GT2) de chaque phase sont connectées avec trois sorties du déphaseur (PS) de cette phase, tandis que la sortie du circuit porte (GR) est connectée à la première entrée du circuit porte (GR3) et la seconde entrée du circuit porte (CT40 ;; la sortie du circuit porte est connectée avec la première entrée du circuit porte (GR4) et la seconde entrée du circuit porte (GT3) ; la sortie du circuit porte (Gsi) est connectée à la première entrée du circuit porte (GS3) et à la seconde entrée du circuit porte (GR4) ; la sortie du circuit porte GS2) est connectée à la première entrée du circuit porte (GS4) et à la seconde entrée du circuit porte (GR3) ; la sortie du circuit porte (GT1) est connectée à la première entrée du circuit porte (GT3) et à la seconde entrée du circuit porte (GS4) la sortie du circuit porte (GT2) est connectée à la première entrée du circuit porte (GT4) et à la seconde entrée d circuit porte (GS3) ; la sortie du circuit perte (GR3) est connectég à l'ontrée du circuit porte (GR5) ; la sortie du oircuit porte (GR10 avec l'entrée du circuit porte (GR6) ; la sortic du circuit porte (GS3) avec l'entrée du circuit porte (Gs5) ; la sortie du circuit porte (GS4) avec l'entrée du cirucit porte (GS6) ; la sortie du circuit porte (GT3) avec l'entrée du circuit porte (GT5) ; la sortie du circuit porte (GT4) ac l'entrée du circuit porte (GT6), les secondes entrées des circuits porte (GR5, GR6, GS5, GS6, GT5, GT6) sont connectées entre elles et à la sortie du générateur (GI) d'impulsions d'amorçage, tandis que les sorties de ces circuits porte sont connectées aux entrées des amplificateurs (A1 - A5) des impulsions d'amorçage des thyristors (Th1 Th6) de l'ensemble redresseur, 3.Redresseur à thyristors pour l'alimentation d'un arc de soudage dans des atmospheres protectrices, selon la revendication 1, dans lequel le coupleur de thyristors est simplifié et caractérisé en ce que les impulsions d'amorçage sont conduites aux circuits porte des thyristors Far un système lagique comprenant six circuits porte logiques (GR7, GR8, GS7, GS8, GT7, GT8), deux pour chaque phase, deux entrées de chacun des circuits porte logiques étant connectées aux sortie. du déphaseur (PS) de la phase donnée, et les troisièmes antrées de tous les circuits porte logiques sont connectées entre elles et avec la sortie du générateur (GI) d'impulsion d'amorçage, tandis que les sorties de ces circuits porte sont connectées aux entrées des amplificateurs (A1 - A6) d'impulsions d'amorçage des thyristors (Th1 à Th6) de l'ensemble redresseur.