Brevet FR2453528A1 — publié le 19801031

La présente invention concerne une installation de soudage électrique pour souder à l'arc en courant continu et/ou alternatif, avec un onduleur susceptible d'être branché sur un réseau de courant alternatif ou continu pour donner un courant alternatif, de sortie, dont la fréquence est supérieure à la fréquence du réseau, cet onduleur comportant des éléments de commutation, commandés, ainsi qu'une sortie reliée par l'intermédiaire d'un transformateur ainsi que, le cas échéant, d'un redresseur ou d'un second onduleur à une pièce ou une électrode de soudure, et une unité de commande associée aux éléments de commutation, pour recevoir les signaux de passage à zéro. L'installation décrite ci-dessus est par exemple celle connue selon le document AN-66 28 de la soci- été RCA sous le titre " Design and Applications of High Powèr Ultrasonic Converters Using ASCR's". L'avantage de l'installation connue selon la documentation, pour le soudage à 1--' arc électrique, réside en ce que l'onduleur permet d'augmenter la fréquence d'entrée pour le transfromateur aval, par rapport a la fréquence du réseau, cette augmentation étant importante, par exemple de façon que la fréquence se situe au-dessus du seuil audible de l'homme, c'est-#-dire au-dessus de 18 kilohertz. Par cette augmentation de la fréquence, on peut réduire l'encombrement du transformateur, ce qui se traduit par une réduction avantageuse du poids de l'ensemble de l'installation de soudage, si bien que le poids de l'installation portant un tel onduleur et un appareil à souder peut être réduit selon le coefficient 10. Dans l'installation de soudage proposée, on détecte correctement le passage à zéro du courant alternatif de sortie de l'onduleur, détection qui est nécessaire pour la commande correcte des éléments de-commutation (par exemple des thyristors) de l'onduleur, en appliquant le signal de sortie de l'onduleur à un enroulement primaire d'un transformateur d'impulsions à saturation, pour qu'à chaque passage à zéro on obtienne une impulsion. Cette impulsion déclenche un étage de temporisation qui,après un temps réglable, au moins toutefois après le temps de récupération du premier élément de commutation mis en oeuvre (thyristor) de l'onduleur, déclenche un flip-flop (bascule bistable). Le flip-fiop provoque alors l'allumage du second élément de commutation (thyristor) de l'onduleur.Des essais de ce circuit en laboratoire ont montre que lors du soudage et des variations de charge extrêmes qui peuvent se présenter dans ces conditions pour le transformateur relié à la sortie de l'onduleur, on rencontre des effets magnétiques dans le transformateur d'impulsions qui induisent accidentellement de fausses impulsions de passage à zéro et provoquent ainsi l'allumage du second thyristor à un moment lorsque le premier thyristor est encore conducteur. Ainsi, le second thyristor s'allume dès avant que le premier thyristor n'est bloqué, ce qui provoque un court-circuit dans l'onduleur. La prôsente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus, et se propose de créer une installation permettant une meilleure détection du passage à zéro, en évitant un allumage prématuré de l'un des éléments de commutation qui est à l'état bloqué. A cet effet, l'invention concerne une installation caractérisée en ce que les signaux de passage à zéro sont pris sur les circuits de roue libre des éléments de commutation. En effet, les circuits de roue libre ne sont traversés par un courant qu'en phase de roue libre, c'est-àdire seulement lorsque le thyristor qui est en parallèle au circuit de roue libre se trouve dans la phase de blocage. De ce fait, on assure avantageusement que l'impulsion d'allumage pour un thyristor précis de l'onduleur ne soit envoyé que lorsque l'autre thyristor est bloqué. Les irrégularités ou autres instabilités du transformateur branché sur la sortie de l'onduleur n'ont plus d'action sur la détection des passages à zéro, et ainsi sur l'allumage des thyristors, ce qui est un résultat avantageux. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 et 2 sont des schémas d'une installation de soudage à l'arc avec un onduleur selon un montage en demi-pont. - les figures 3 et 4 représentent une installation de soudage a l'arc, avec un montage en pont total. Chacune des installations de soudage à l'arc électrique représentées aux figures i à 4 comporte une partie à courant continu 10 suivie par un onduleur Il et de son unité de commande 12. La sortie de l'onduleur Il est reliée par un transformateur 13 et un redresseur 14 à la pièce 15 et à un chalumeau 16 par une liaison électrique. La partie à courant continu 10 se compose essentiellement d'un redresseur 17, suivi par un condensateur de lissage 18 et une bobine de lissage 19 L'onduleur il selon les figures 1, 2 est réalisé selon un montage en demi-pont; il comporte deux condensateurs de commutation 20, 21 avec en parallèle des semiconducteurs commandés (thyristors) 22, 23 Les thyristors 22, 23 comportent de façon connue en soi un circuit DU/DT, des diodes de roue libre 24, 25 ainsi qu'un condensateur 26 et une résistance 27; les caractéristiques pratiques de ces divers composants sont choisiesde façon appropriée.En outre, pour limiter la variation di/dt du courant dans les thyristors 22, 23 il est prévu des bobines 28, 291 Les thyristors 22, 23 sont commandés en alternance par l'unité de commande 12 de façon que, de préférence, la fréquence de sortie de l'onduleur ll soit supérieure à 18 kilohertz. La structure de l'unité de commande 12 est connue et ne nécessite pas de description de detail. L'unité de commande 12 reçoit un signal d'entrée qui indique le passage à zéro du courant électrique à la sortie 30 de l'onduleur. Selon l'invention, on branche les enroulements primaires 31, 32 d'un transformateur d'intensité 33 dans les circuits de roue libre 24 , 25 en série sur les diodes de roue libre 24, 25'. Le-transformateur d'intensité 33 est de préférence un transformateur impulsionnel à saturation.L'enroulement secondaire ou plus simplement le secondaire 34 du transformateur d'impulsions 33 est relié électriquement à ltentrée 36 de l'unité de commande par l'intermédiaire de la diode 35. Le transformateur d'impulsions, à saturation, permet d'éviter les pertes de puissance par opposition à un transformateur d'intensité linéaire En outre, au début du passage du courant dans le circuit de roue libre, le transformateur d'impulsions dnnne une impulsion positive qui peut déclencher directement ltétage de temporisation de l'unité de commande 12. L'impulsion négative à la fin du passage du cou rant est arrêtée par la diode 35. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, il est prévu un seul transformateur d'impulsion 33 pour les deux circuits de roue libre 24', 25'. Il est clair, et cela est même avanta geux, d'associer à chaque circuit de roue libre 24', 25' un transformateur d'impulsion 33lui 33b travaillant à saturation, comme dans l'exemple de la figure 2. Dans l'exemple des figures 3 et 4, on a un onduleur composé de thyristors selon un montage en pont total; cette installation comporte quatre thyristors 37, 38; 39, 40 et des bobines correspondantes-41 ... 44. A chacun des thyristors 37 - 40 est associé un circuit du/dt ; ces circuits sont réalisés comme les circuits correspondants de la figure 1. Les thyristors sont commandés par l'unité de commande 12. Dans cet exemple de réalisation, il est en outre prévu qu'un seul condensateur de commutation 45. Les autres parties de l'installation des figures 3 et 4 correspondent à l'installa tion des figures 1 et 2, ce qui permet de ne pas les décrire en détail. Dans l'exemple de la figure 3, de façon correspondante à l'exemple de la figure 1, il n'est prévu qu'un seul transformateur d'impulsion 33 pour les deux circuits de roue libre 24', 25' alors que dans l'exemple de la figure 4, comme dans l'exemple de la figure 2, il est prévu deux transformateurs d'impulsion 33a, 33b. Dans tous les exemples, en détectant le courant de roue libre, on forme un signal appliqué à l'unité de commande 12; ce signal donne une indication exacte du passa ge à zéro de l'intensité du courant alternatif à la sortie de l'onOula*eur puisqu'un courant ne peut passer dans les circuits de roue libre que lorsque le thyristor correspondant (la paire de thyristors) est bloqué. Dans les exemples de réalisation décrits ci-dessus, le transformateur de sortie 13 est relié au chalu meau et à la pièce par l'intermédiaire d'un redresseur. Il est toutefois également possible dans le cadre de l'invention de remplacer le redresseur par des semi-conducteurs commandés (par exemple des thyristors) qui forment un second onduleur. Il est également possible dans le cadre de l'invention, de remplacer l'onduleur selon un montage en pont avec une fréquence de sortie comprise entre 20 et 30, et de préférence 25 kilohertz, par des onduleurs ayant des schémas différents et donnant de telles fréquences de sortie. On peut également réaliser les onduleurs avec d'autres composants que des thyristors, par exemple avec des transistors. Les installations ci-dessus pour le soudage à l'arc électrique ne sont pas limitées précisément au soudage à l'arc électrique avec une électrode non consommable; on peut également utiliser des électrodes consommables ou encore soudées dans une atmosphère de gaz protecteur. L'installation selon l'invention peut s'utilise avantageusement pour le soudage dit UP, le soudage au plasma ou le découpage. REVENDICATIONS 10) Installation pour le soudage à l'arc avec un courant continu et/ou alternatif, installation comportant un onduleur susceptible d'être branché sur le réseau de courant continu ou alternatif pour donner un courant alternatif de sortie dont la fréquence est supérieure à la fréquence du réseau d'alimentation, l'onduleur comportant des éléments de commutation commandés et la sortie de l'onduleur est reliée par l'intermédiaire d'un transformateur avec, le cas échéant, un redresseur ou un second onduleur, à une pièce et à une électrode de soudage, une unité de commande étant prévue pour commander le fonctionnement des éléments de commutation, cette unité de commande recevant les signaux de passage à zéro, installation caractérisée en ce que les signaux de passage à zéro sont pris sur les circuits de roue libre 24', 25' des éléments de commutation 22, 23, 37 - 40. 20) Installation selon la revendication i, caractérisée en ce que des enroulements primaires 31, 32 d'au moins un transformateur de courant, et de préférence un transformateur impulsionnel à saturation 33, 33a, 33b, sont branchés dans les circuits de roue libre 24', 25', le secondaire 34 de ce transformateur étant relié,éiectriquement à l'unité de commande 12. 30) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le courant de sortie de l'onduleur est à une fréquence supérieure à 18 khZ.