Brevet FR2453534A1 — publié le 19801031

La présente invention concerne une alimentation électrique pour machine de raboutage de câbles. Le raboutage des câbles électriques est une operation de soudage bout a bout de deux tronçons de câble dont les ex trémités subissent une fusion par effet Joule. Ces opérations sont par exemple mises en oeuvre dans les câbleries, pour le raccordement des câbles avant leur gainage par un isolant. Avant la description de l'alimentation électrique selon l'invention et d'une machine de raboutage de câbles qui la comprend, il convient de considérer les opérations mises en oeuvre afin que les différents paramètres gui doivent être réglés et les problèmes posés par ces opertions apparaissent clairement. Cependant, bien qu'on décrive l'invention en référence à la soudure homogame de tronçons de câbles bout à bout, il faut noter que l'invention a d'autres applications bien connues des hommes du métier. On considère donc à titre purement illustratif le raboutage de tronçons de câbles electriques, sans apport de matière, et par mise en oeuvre d'un manchon de carbone. On se réfère plus precisément à la figure 1 des dessins annexés qui représente un exemple de machine de raboutage de câbles, en élévation schématique. Sur la figure 1, deux tronçons de câbles 10 et 12 ont des extrémités 14 et 16 qui sont en butée et qui sont maintenues alignées par un manchon 18 de carbone ayant, sur un c9té et au niveau des extrémités des câbles, un petit trou 20 dont le rôle est indiqué dans la-suite. Chacun des tronçons 10, 12 est maintenu par une mâchoire 22, 24. Chaque mâchoire serre fermement le tronçon associé de cable afin qu'elle assure non seulement un maintien purement mécanique mais aussi la transmission du courant de très forte intensité qui parvient par des câbles électriques 26, 28, aux mâchoires 22 et 24 respectivement. Au cours de l'opération de raboutage, un courant de forte intensité est transmis par les câbles électriques26, 28, avantageusement sous forme de tresses, et il parvient par les mâchoires 22, 24 a l'interface délimitée par les extréraités 14 et 16 des tronçons de câble. Le passage du courant provoque, à l'interface, un dégagement d'une très grande quantité de chaleur qui assure la fusion des extrémités des câbles, le métal fondu étant maintenu par le manchon 18. Comme le manchon est formé de carbone, l'oxygène éventuellement présent, notamment sous forme d'oxyde, attaque le carbone et forme une atmosphère d'oxyde de carbone qui améliore beaucoup la qualité de la soudure formée.Pendant cette opération, il faut que les mê- choires 22, 24 présentent un déplacement relatif, appelé refoulement, afin que le métal fondu au niveau des extrémités 14, 16 ne contienne pas de cavité et soit continu. I1 est avantageux que le manchon 18 comporte, dans sa partie centrale, un trou 20 permettant l'évacuation de gaz éventuel et d'une petite goutte de métal fondu qui indique ainsi la fin du soudage. Après refroidissement, le manchon 18 est cassé et la petite aspérité correspondant au trou 20 peut être retirée par limage. L'opération simple qu'on. vient de décrire pour le raboutage de deux câbles, nécessite le respect de certaines conditions. Certaines de ces conditions sont l'utilisation d'un bon contact entre les mâchoires et le câble, l'utilisation d'une distance d, appelée dépassement, comprise entre les ex trémités des câbles et les mâchoires, ayant une valeur ni trop grande ni trop petite, l'application d'une force de refoulement suffisante mais non excessive, et appliquee au moins jusqu'a ce que la soudure effectuée soit suffisamment refroidie (métal non pâteux), etc. Ces différentes conditions sont connues des hommes du métier et on ne les décrit donc pas en détail. Par contre, d'autres conditions sont importantes dans le cadre de l'invention et on les considère donc plus précisément. Le raboutage de deux câbles doit être réalisé par application d'une tension de valeur bien déterminée. Plus précisément, compte tenu de la nature et de la texture de chaque câble, et plus précisément de la matière du câble (notamment cuivre ou aluminium), il existe une tension optimale permettant la réalisation de la soudure avec une excellente qualité. Si la tension est trop faible, le temps de la soudure devient important et une grande quantité de chaleur est perdue. I1 peut même arriver que la matière des extrémités des câbles ne soit pas suffisamment chauffée pour que la soudure se forme. D'autre part, si la tension est trop élevée, on constate un "grillage", c'est- -dire la formation de cavités dans la matière fondue.En 2 pratique, si l'on considère un câble d'aluminium de 1300 mm de section, la tension optimale est de 3 V. Si la tension ne dépasse pas 2,5 V, la soudure ne peut pas être réalisée. Si au contraire, elle dépasse 3,4 V, la soudure formée a une mauvaise qualité (criques, cavités). On note donc qu'il est très important que la tension appliquée puisse être réglée avec une bonne précision. D'autre part, la tension optimale de raboutage de câbles de diamètres différents varie beaucoup avec le diamètrer d'une fraction de volt-pour les plus petits diamètres de câble qu'on raccorde par mise en oeuvre de cette technique, jusqu'à 3,5 V environ, pour les plus gros diamètres couramment utilisés dans l'industrie. Il est donc trêssouhaitable que les alimentations électriques des machines de raboutage de câbles permettent d'une part un réglage précis de la tension à une valeur bien adaptée à la nature du câble, à sa texture, etc., et d'autre part la sélection de la tension dans une très large plage afin que des câbles de diamètres très divers puissentêtre utilisés. En pra- tique, dans l'industrie, on utilise cette technique de raboutage avec des câbles dont la section varie entre quelques millimètres 2 carrés d'une part et 1500 ou 2000 mm et plus d'autre part. L'invention concerne une alimentation électrique pour machine de raboutage, permettant la sélection d'une tension a une valeur quelconque d'une très large plage, et de façon continue, c'est-à-dire pour des valeurs bien précises de la tension. Plus précisément, l'invention concerne une alimentation électrique pour machine de raboutage de câbles du type qui comprend un transformateur électrique dont le primaire a des bornes d'entrée destinées à recevoir de l'énergie électrique, l'alimentation étant destinée à être montée entre un réseau d'alimentation électrique et les bornes d'entrée du primaire de la machine de raboutage et à former ainsi un parcours pour le passage du courant d'alimentation du primaire au transformateur ; l'alimentation électrique selon l'invention comprend, comme seul élément mont dans le parcours de passage du courant et ayant une résistance électrique non négligeable, un circuit parallèle à trois branches dont l'une comprend un interrupteur, une autre comprend deux thyristors montés en parallèle et en sens inverses, et la dernière comprend au moins une varistance, l'alimentation comportant en outre une commande du déclenchement des thyristors. L'interrupteur du circuit de l'alimentation est avantageusement commandé par un relais et i'alimentation comporte alors en outre un commutateur qui permet le fonctionnement de la machine soit par circulation du courant dans les thyristors, a l'aide de la commande de déclenchement de ceux-ci, l'interrupteur étant alors ouvert, soit par l'intermédiaire de l'interrupteur du relais, la commande de déclenchement des thyristors ne fonctionnant pas dans ce cas. Les thyristors sont avantageusement des thyristors triodes bloqués:. en inverse avec gâchette de cathode, et le réglage de la tension efficace est obtenu par variation du moment du déclenchement des thyristors au cours de chaque demicycle. I1 est en outre avantageux que l'alimentation comporte des appareils permettant le contrôle de son fonctionnement, par exemple un ampèremètre et un ou plusieurs voltmètres, permettant la détermination des différents paramètres. L'invention concerne aussi unie machine de raboutage de câbles, du type qui comporte des mâchoires destinées à serrer les extrémités de deux câbles à rabouter, un dispositif de refoulement destiné à repousser l'une des mâchoires vers l'autre, et des bornes d'entrée de courant reliées au primaire d'un transformateur dont le secondaire est relié aux mâchoires, la machine comprenant une alimentation du type décrit précédemment. Selon une caractéristique avantageuse, la machine comprend un circuit de refroidissement, notamment des mâchoires, et un dispositif de sécurité qui empêche le fonctionnement de la commande de déclenchement des thyristors et du relais qui commande l'interrupteur du circuit de l'alimentation, lorsque le circuit de refroidissement ne fonctionne pas. Ainsi, selon une caractéristique importante de l'inven tion, le parcours de passage du courant d'alimentation du transformateur de la machine de raboutage ne comporte pas de résistance électrique importante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels, la figure 1 ayant déjà été décrite - la figure 2 est un schéma d'un type ancien de circuit d'alimentation du primaire d'une machine de raboutage de câbles - la figure 3 est un diagramme des temps représentant la forme d'onde du courant transmis au transformateur d'une machine de raboutage de câbles lors de l'utilisation d'une alimentation électrique selon l'invention ; et - la figure 4 est un schéma électrique en partie sous forme de diagramme synoptique, d'une alimentation électrique selon l'invention, représentée avec le transformateur d'une machine de raboutage de câbles. La figure 2 est un schéma très simplifié du circuit électrique d'une machine connue de raboutage de câbles d'un type très ancien. Dans cette machine, les bornes d'entrée 30 du circuit alimentent le primaire 32 d'un transformateur 34, par I'intermédiaire de plusieurs plots 36 permettant la sélection, par un curseur 38, d'une tension adaptée au câble qui doit être rabouté. Une telle machine ne permet donc que l'utilisation d'un certain nombre de tensions particulières recouvrant une plage relativement limitée. Le nombre des plots est lui aussi limité à une valeur de 6 ou 8 au maximum étant donné que le poids de la machine augmente très rapidement avec le nombre de plots.Ainsi, une machine connue, ayant une puissance de 220 kVA et permettant le raboutage de câbles d'aluminium ayant 2 une section comprise entre 190 et 800 mm , pèse plus de 1,5 t. Une telle machine ne permet donc le soudage que de câbles dont la section varie dans un rapport égal à 4, c'est-à-dire pour une plage de diamètres de l'ordre d'un facteur de 2 seulement. La figure 4 est un schéma en partie sous forme d'un diagramme synoptique, d'une alimentation électrique pour machine de raboutage selon l'invention. Avant la description de ce circuit, il convient d'étudier la forme d'onde représentée sur la figure 3, indiquant le principe du réglage de la tension efficace selon l'invention. L'énergie transmise a la soudure, à l'interface des deux tronçons de câblesest représentée par une forme d'onde sinusordale correspondant à celle du courant du réseau, tronquée au début de chaque demi-cycle, jusqu'au moment du déclenchement des thyristors du circuit de l'alimentation. Plus précisément, comme indiqué sur la figure 4, le primaire 32 du transformateur 34 d'une machine de raboutage de câbles aitant éventuellement une résistance 35, par exemple de 600 Q, montée en parallèle, est relié au réseau électrique (bornes 30) par un fusible 66,représenté sur la figure 4, par exemple du type "Protistor Ferraz" de 250 A pour une machine de 80 kVA. Le parcours de passage du courant d'alimentation du transformateur 32 ne comprend aucun élément de résistance électrique ilon négligeable,mis à part le circuit 40. Celuici comporte trois branches montées en parallèle entre des points A et B. La première branche 42 comporte un interrupteur 44. Celui-ci est en fait formé par les contacts d'un relais ayant une bobine 46 de commande.Une seconde branche 48 comprend deux thyristors triodes bloqués en inverse 50, 52 montés en sens inverses et en parallèle, les thyristors ayant des g & chettes de cathode 54 et 56 respectivement, reliées a un circuit 58 de commande. La troisième branche du circuit 40, portant la référence 60, comprend une varistance 62. Cette varistance peut aussi être remplacée par une première varistance montée aux bornes des thyristors et une seconde montée aux bornes des contactes du relais. Le rôle de la varistance 62 est de protéger le circuit contre les surtensions dues au fonctionnement du transformateur et du relais. La varistance peut être par exemple du type "Semikron" SKV 09 B420. Le circuit de la figure 4 comporte en outre un dispositif 64 de commutation destiné à alimenter soit la commande 58 de déclenchement des thyristors, soit le relais 44, 46, soit ni l'un ni l'autre. Plus précisément, lorsque la machine de raboutage qui comprend le transformateur 34 doit assurer le soudage de câbles dont la section ne correspond pas à la partie la plus haute de la plage de sections d'utilisation de la machine, le dispositif 64 de commutation n'alimente pas le relais 44, 46 si bien que l'interrupteur 44 reste ouvert, mais alimente le circuit 58 de commande de déclenchement des thyristors 50, 52.Le circuit 58 comprend lui-même un dispositif de réglage non représenté qui permet la détermination du point C de déclenchement des thyristors par rapport au point O de passage de la forme d'onde a zéro (figure 3). De cette manière, la tension efficace a la sortie du transformateur 34 et au niveau des extrémités des câbles a rabouter peut avoir une valeur convenant aux câbles particuliers souder. Lorsqu'au contraire, le soudage doit être réalié pour un câble nécessitant une tension correspondant a la partie supérieure de la plagie de tensions de la machine ou même nécessitant la tension la plus élevée, le dispositif 64 de commutation est commandé, par exemple a l'aide d'un boutonpoussoir, et il cesse d'alimenter la commande 58 si bien que les thyristors 50, 52 restent constamment a l'état non passant. Par contre, le relais 44, 46 est alimenté et l'interrupteur 44 se ferme et forme ainsi un circuit de passage du courant par la branche 42, opposant une résistance pratiquement nulle au passage du courant et permettant au transformateur 34 de recevoir la quantité maximale d'énergie. Ce montage d'un interrupteur en parallèle par rapport au circuit des thyristors permet un étalement non négligeable de la plage des tensions utilisables étant donné que, même lorsque les thyristors 50, 52 conduisent tout le temps (les points O et C de la forme d'onde de la figure 3 sont alors confondus), le courant transmis provoque des pertes relativement importantes dans le transformateur 34. Ainsi, dans le cas d'une machine prévue pour le raboutage de câbles à des tensions comprises entre 0 et 3,5 V, les thyristors sont utilisés pour le réglage de la tension efficace entre une valeur pratiquement nulle et 3,1 V environ, le soudage des câbles nécessitant une tension supérieure a 3,1 V étant réalisé avec la tension maximale de 3,5 V obtenue par passage direct du courant par l'interrupteur 44. L'alimentation électrique selon l'invention ne comporte aucun élément introduisant une résistance électrique importante en série dans le circuit d'alimentation du primaire 34, et évite ainsi les déséquilibres du circuit qui provoquent toujours des pertes importantes dans le transformateur. La varistance 62 est montée en parallèle par rapport d'une part au circuit des thyristors et d'autre part à l'interrupteur 44 et ne transmet pas de courant sauf en cas de surtension. L'alimentation électrique selon l'invention permet en pratique la réalisation de soudures avec des machines de puissance réduite. Ainsi, on a considéré précédemment le cas d'une machine connue de 220 kVA, pouvant souder des câbles d'aluminium de 190 a 800 mm2 de section et pesant 1,5 t. Une machine selon l'invention de 80 kVA permet le soudage de câbles d'aluminium de diamètre compris entre 16 et 2000 mm2, et elle ne pese, au total, que 360 kg. Ainsi, l'invention concerne une alimentation électrique permettant l'utilisation de machines de raboutage de câbles pour le soudage de câbles dont la section est comprise dans une très grande plage, la tension utilisée pour le soudage pouvant être réglée de façon précise et continue, les machines réalisées ayant un poids très inférieur a celui des machines connues de caractéristiques analogues. I1 est bien entendu que l'invention n'a éte décrite et représentée qu'a titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Alimentation électrique pour machine de raboutage de câbles, cette machine comprenant un transformateur électrique dont le primaire a des bornes d'entrée destinées a recevoir de l'énergie électrique, ladite alimentation étant destinée a être montée entre un réseau électrique et les bornes d'entrée du primaire de la machine de raboutage, et a former un parcours de passage du courant d'alimentation du primaire du transformateur, ladite alimentation électrique étant caractérisée en ce qu'elle comprend, comme seul élément monté dans le parcours de passage du courant et ayant une résistance électrique non négligeable, un circuit parallèle a trois branches dont l'une comprend un interrupteur, une autre comprend deux thyristors montés en parallèle et en sens inverses, et la dernière comprend au moins une varistance, l'alimentation comportant en outre une commande du déclenchement des thyristors. 2. Alimentation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'interrupteur du circuit de l'alimentation est commandé par un relais, et l'alimentation comporte en outre un commutateur destiné a permettre le fonctionnement soit de la commande de déclenchement des thyristors, soit du relais qui ferme alors l'interrupteur. 3. Alimentation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les thyristors sont des thyristors triodes bloqués en inverse avec gâchette de cathode. 4. Alimentation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la commande du déclenchement des thyristors provoque le déclenchement de ceux-ci un temps prédéterminé après le début de chaque demi-cycle. 5. Alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un ampèremètre et un voltmètre destinés a mesurer des paramètres du courant électrique qui circule dans le parcours de passage de courant de l'alimentation. 6. Machine de raboutage de câbles, du type qui comporte des mâchoires destinées a serrer les extrémités de deux câbles, un dispositif de refoulement destiné a repousser l'une des mâchoires vers l'autre, et des bornes d'entrée de courant reliées au primaire d'un transformateur, ladite machine étant caractérisée en ce qu'elle comprend une alimentatbn électrique selon 1'une quelconque des revendications précédentes. 7. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un circuit de refroidissement, et un dispositif de sécurité empêchant le fonctionnement de la commande de déclenchement et du relais de l'alimentation lorsque le circuit de refroidissement ne fonctionne pas.