Brevet FR2692507A1 — publié le 19931224

DISPOSITIF D'ALIMENTATION A COURANT CONTINU POUR PINCE A SOUDER ELECTRIQUE PAR RESISTANCE. La présente invention concerne l'alimentation électrique à courant continu des pinces à souder par résistance utilisées dans les machines à souder et plus particulièrement sur les robots de soudure ou il est indispensable de réduire le poids et l'encombrement des équipements embarqués Les dispositifs d'alimentation à courant continu pour pince à souder électrique connus à ce jour, utilisent la technique du contrôle de phase du réseau industriel au primaire d'un transformateur lourd et encombrant et dont le secondaire alimente un redresseur double alternance connecté aux pinces à souder, cet ensemble ne peut être solidaire de la pince Une technologie plus avantageuse à été développée. la technique du découpage à fréquence médiane permet une réduction de poids et d'encombrement du transformateur refroidi par le liquide caloporteur qui traverse la pince à souder Le redresseur associe au transformateur est également refroidi par ledit liquide qui doit évacuer des pertes caloriques élevées. La présente invention vise à simplifier, alléger, rendre moins volumineux le dispositif, améliorer les rendements énergétiques, les performances électriques dynamiques et permet l'adaptation d'un circuit fermé de refroidissement par liquide caloporteur embarqué sur la pince à souder qui refroidit la dite pince, le transformateur TR et le redresseur RD. A cet effet, il est proposé conformément à la présente invention un dispositif d'alimentation à courant continu pour pince à souder par résistance composé de: un redresseur lorsque ledit dispositif est raccordé au réseau alternatif ou à un accès direct à une source de courant continu. un hacheur abaisseur continu/continu alimentant un découpeur symétrique connecté au secondaire d'un transformateur TR dont ledit secondaire via un redresseur double alternance RD qui alimente la pince à souder Le courant Is qui traverse la dite pince est réglée par le hacheur continu/continu, des moyens logiciels implantés dans le calculateur qui commande ledit hacheur étant prévus à cet effet Le transformateur TR et le redresseur RD à faible perte sont solidaires mécaniquement de la pince à souder ainsi qu'un circuit fermé de refroidissement par liquide caloporteur avec échangeur air/liquide qui évacue les pertes caloriques du redresseur RD de la pince et du transformateur TR dans le cas ou celui-ci ne peut être refroidi par ventilation forcée. La présente invention à donc pour objet un dispositif d'alimentation à courant continu pour pince à souder électrique par résistance capable de fournir un courant Is réglable à la pince à souder a partir d'une source à tension continue ou alternative redressée comportant: un transformateur TR dont le primaire est alimenté par un découpeur symétrique précédé d'un hacheur abaisseur continu/continu réglable et dont le secondaire alimente un redresseur RD à faible pertes double alternance connecté électriquement à chacun des bras de la pince à souder Les dits transformateurs TR et redresseur RD étant solidaires mécaniquement de la dite pince à souder, caractérisé par le fait que le circuit fermé de refroidissement à liquide caloporteur, commun à la pince et au transformateur redresseur comporte: un échangeur thermique air/liquide caloporteur. une pompe de circulation et un ventilateur de refroidissement entrainés par un moteur électrique alimenté par un hacheur connecté en parallèle sur le circuit électrique du secondaire du transformateur TR. = un oompensateur de fuite et un circuit de surveillance de la température et de la pression du liquide caloporteur. Selon l'invention l'ensemble échangeur thermique comporte un moteur électrique entraînant à la fois la pompe de circulation et ' le ventilateur de refroidissement de l'échangeur thermique disposé de façon a ce que ledit ventilateur refroidisse aussi le transformateur TR et ledit moteur électrique qui prélève l'énergie nèécssaire à son fonctionnement sur le circuit électrique du secondaire du transformateur TR au travers d'un hacheur commandé de façon à fournir un courant constant du moteur 'électrique 1 des moyens de mesure de contrâle et de commande éstant prévus a cet effet. Selon l'invention, le transformateur TR, constitueé d'un circuit magnétique autour duquel est bobiné le primaire et le secondaire fractionneé est solidaire du dissipateur des diodes de redressement et disposée de façon 'a etre aussi refroidi par le ventilateur de l'échangeur thermique, cette disposition permettant d'obtenir des liaisons équipotentielles aux bornes OE et et de réduire l'inductance de fuite du transformateur et ses pertes Joule. Le secondaire fractionné du transformateur TR subdivises en autant d'enroulements que de modules redresseurs à diode rapide constitutifs du redresseur RD auquel les dits enroulements sont connectés électriquement, de façon à obtenir une répartition égale des courants dans chacun des enroulements et chacun des modules redresseurs associés, la sommation des courants élémentaires représentant le courant Io traversant la pince a souder. Selon l'invention la mesure du courant Is est effectuée par un capteur à effet hall disposé sur l'un des bras de la pince à souder Celui-ci mesure le champ magnétique créé par le passage du courant Is, la tension Us presente aux bornes de la pince est mesurée par un capteur de tension Les signaux obtenus représentatifs de Is et Us sont exploités par le calculateur afin de déterminer Artne ip r ispnije -au élirctrodes de la pinoe, des mo Qyrensp logiiciels de cialciul é tanit prévus à ciet effet pour obtenir Ws = Is x Us x temps Les signaux représentatifs de Us et Io sont également exploitées pour déterminer l'état de mesure des électrodes disposées aux extrémités de la pince pour mesurer la variation de leur résistance électrique. Cette opération est effectuée en maintenant la pince fermée, les électrodes étant en contact, un courant Is les traversant. Selon l'invention dans la phase d'accostage de la pince sur les pièces à souder, le calculateur grâtce au traitement des signaux des capteurs de tension Us et du courant Is, effectue une mesure de résistance électrique après que le vérin de serrage de la pince ait été activé mettant en contact les pièces a souder L'effort exercé par le vérin est contrôlé par le capteur disposé en série avec ledit vérin et asservi durant la phase de soudure de façon à maintenir sur les pièces à souder une force de serrage constante et réglable, des moyens logiciels étant prévus à cet effet. Selon l'invention, un transistor MOS est connecté aux bornes Sl et 52 de la pince à souder dont la diode intrinsèque assure la fonction de diode de roue libre et dont la gate activée au travers d'une diode Zener assure la commande dudit transistor dans le mode linéaire avec seuil lorsqu'une surtension appara t entre les bornes Sl et 52. Pour mieux illustrer l'objet de l'invention on va décrire maintenant à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif un exemple de réalisation représenté sur les dessins annexes la figure 1 représente un schéma simplifié de la pince à souder, du transformateur TR et du redresseur RD, du circuit de refroidissement, du dispositif suivant l'invention. la Fig 2 représente dans son ensemble le schéma électrique de principe du dispositif suivant l'invention. la Fig 3 représente une coupe partielle de l'enmemble transformateur TR et du redresseur RD. Référenae faite à la figure 1, le dispositif suivant l'invention comporte la pince à souder 1 constituée de deux bras 2 et 3 terminés par les électrodes 7 et 8 serrant les pièces 9 et L'effort exercé par le vérin est mesuré par le capteur 12 et transmis par la liaison 15 au calculateur 33 qui contrôle le signal de ce capteur 12 de façon à régler l'effort exercé par le vérin, des moyens logiciels étant prévus à cet effet. Le bras 3 de la pince à souder 1 est solidaire mécaniquement du support 13 a et 23 sur lequel est disposé le transformateur TR 16 a et le redresseur 16 constitué de deux diodes 43 et 44 rapides à faible chute de tension directe Le secondaire 45 peut être fractionné en autant d'enroulements que de diodes de redressement 43 et 44, chaque ensemble -fraction de secondaire et diodes de redressement associées étant interconnecté aux points reperes (J et ( Les liaisons 17 et 18 véhiculent à la fois le courant Is issu du redresseur 16 vers les bornes SI et 52 de la pince à souder et le fluide caloporteur nécéssaire au refroidissement de la dite pince à souder 1 et de ses électrodes 7 et 8 Le support 13 a et 23 porte également l'ensemble refroidisseur 24 en circuit fermé, constitué de: un moteur électrique 28 alimenté par le hacheur 21 générateur de courant constant connecté au secondaire 45 via les connectins 20 et 20 a Le moteur 28 entraîne le ventilateur 26 de refroidissement de l'échangeur air/liquide caloporteur 25 de la pompe de circulation 27 et du moteur lui-même La pompe de circulation 27 est connectée aux conduits 24,24 a, 24 b, 24 a qui permettent au liquide caloporteur de refroidir l'ensemble transformateur TR 16 a, le redresseur RD 16 et les bras 2 et 3 de la pince à souder 1 ainsi que les électrodes de celle- ci Le flux d'air généré par le ventilateur 26 refroidit aussi le moteur électrique 28, la pompe 27, l'ensemble transformateur TR 16 a et le redresseur 16. T@ a Q Fil-4 uit ad Q a Qporte trois dérivations l;tmettgret da a- wnne 3 cter un compensateur de fuite 30, un thermostat 31 et un pressostat 32 connecté au calculateur 33 via les liaisons 31 a et 32 a dont les moyens logiciels contrôlent la surtempérature et la pression du circuit de refroidissement 24 Le moteur électrique 28 prélève l'énergie nécéssaire à son fonctionnement sur le circuit électrique du secondaire 45 du transformateur TR 16 a au travers d'un hacheur 21 commandé de façon à fournir un courant constant réglable au dit moteur Le calculateur 33 via la liaison 22 a contrôle et règle le courant d'alimentation du moteur 28, des moyens logiciels résidents étant prévus à cet effet. Si l'on se réfère à la Fig 3 on peut voir le transformateur TR 16 a constitué du circuit magnétique 62 de l'enroulement primaire 46 et du secondaire à deux fractions a et 45 b, disposé sur le support cylindrique 64 fixé à la coupelle 65 Cette coupelle 65 représente la connexion électrique dont le prolongement 66 traverse le dissipateur 63 grâce à un fourreau isolant 67 Le transformateur TR 16 a est donc solidaire mécaniquement du dissipateur 53 sur lequel sont fixés les modules diodes de redressement 16 b et 16 c constitutives du redresseur 16 Cette disposition permet de répartir les fractions 45 a et 45 b du secondaire 45 sur toute la longueur du circuit magnétique 62 et réduire ainsi l'inductance de fuite et les pertes Joule du transformateur TR 16 a La Fig 3 représente le secondaire fractionné en deux parties 45 a et 45 b qui est connecté à deux modules 16 b et 16 cl ainsi il est possible de fractionner le secondaire 45 en autant de fois qu'il est nécéssaire pour obtenir le courant Is en autant de modules diodes de redressement constitutifs du redresseur 16, les modules diodes de redressement étant disposés sur le dissipateur 63 parcouru par le liquide caloporteur grâce aux conduits 24 a et 24 b en regard avec chaque fraction du secondaire 45. Sur la Fig 2 l'on peut voir le capteur 36 à effet hall dispose sur le bras 2 de la pince à souder 1 qui mesure le champ magnétique présent autour dudit bras, généralement de section circulaire, consécutif au passage du courant Is de soudure Le capteur Il a de tension Us présente aux bornes de la pince à souder 1, délivre un signal au calculateur 33 via là liaison 34, de même que la liaison 36 a délivre le signal du capteur du courant Is au même calculateur dont les moyens logiciels permettent de calculer l'énergie Ws = Us x Is x t nécéssaire au contrôle de la qualité de la soudure des pièces 9 et 10 Les grandeurs Us et Is sont également utilisées pour déterminer l'usure des électrodes 7 et 8 fixées aux extrémités des bras 2 et 3 de la pince à souder 1 par calcul de la variation de leur résistance électrique en fonction du temps de service, le courant Is parcourant la pince à souder, électrodes en contact maintenu à une valeur constante, des moyens logiciels résidents au calculateur 33 permettant de mémoriser l'historique de la variation de résistance en fonction du temps d'utilisation Les mêmes grandeurs Us et Is sont utilisées également pour déterminer dans la phase d'accostage de la pince à souder 1 serrée sur les pièces à souder 9 et 10, la résistance électrique correspondante à un serrage correct des dites pièces et dans le cas contraire de corriger la pression de serrage exercé sur celles-ci Le contrôle des grandeurs Us et Is s'effectue grâce au hacheur abaisseur continu/continu 55 dont la commande à rapport cyclique variable via la connexion 40 au calculateur 33, celui-ci comportant les moyens logiciels prévus à cet effet. Ledit hacheur 55 est alimenté à partir d'une source d'alimentation électrique alternative redressée par les redresseurs 60 a, b, cl d, e, f et filtrée par le condensateur 60 y, une source de tension continue peut être connectée aux bornes et Le hacheur 55 alimente un découpeur symétrique 52 dont les commutateurs 48 et 50 d'une part et les commutateurs 49 et 51 d'autre part, sont commandés en mode complémenté à rapport cyclique égal à un demi sous le contrôle du calculateur 33 via les connexions a B et 36 et 37 et 39 des moyens logiciels étant prévus à met effet Le Condensateur 37 reliant le découpeur 52 au primaire 46 du transformateur TR 16 a élimine toute composante continue dans ce circuit électrique Le secondaire 45 dudit transformateur TR est connecté à deux diodes rapides à faibles pertes 43 et 44 qui redressent la tension dudit secondaire, les connexions 17 représentatives du + et 18 du sont connectées aux bornes SI et 52 de la pince à souder 1 Le transistor MOS 42 est commandé par la diode Zener 41 lorsque la tension présente sur les connexions 17 et 18 dépasse le seuil de conduction de la dite diode Zener 41 Le transistor MOS 42 est alors conducteur et fonctionne en ecrêteur Il peut être également commandé par le calculateur 33 via la connexion 35 La diode intrinsèque 42 a du transistor MOS est activée en tant que diode de roue libre sur le circuit électrique compris dans la boucle connexion 17, borne SI, bras de pince à souder 2, pièces à souder 7 et 8, borne SZ, connexion 18 et diode 42 a. Il est bien entendu que le mode de réalisation ci-dessus décrit n'est nullement limitatif et pourra donner lien à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'alimentation à courant continu réglable pour pince à souder ( 1) électrique par résistance comportant: un transformateur TR ( 16 a) dont le primaire est alimenté par un découpeur symétrique ( 52) précédé d'un hacheur abaisseur continu/continu réglable ( 55) et dont le secondaire ( 45) alimente un redresseur RD ( 16), double alternance, connecté électriquement à chacun des bras ( 2) et ( 3) de la pince à souder ( 1), les dits transformateurs TR ( 16 a) et redresseur RD ( 16), à faible perte, étant solidaires mécaniquement de la dite pince à souder ( 1), caractérisé par le fait que le circuit fermé de refroidissement à liquide caloporteur commun à la pince à souder ( 1), au transformateur TR ( 16 a) au redresseur RD ( 16) comporte un ensemble ( 24) constitué essentiellement: d'un échangeur thermique ( 25) air/liquide caloporteur. d'une pompe de circulation ( 27) et d'un ventilateur ( 26) entraîné par un moteur électrique ( 28) alimenté par un hacheur abaisseur ( 21) connecté en parallèle sur le circuit électrique du secondaire du transformateur TR ( 16 a). d'un compensateur de fuites ( 30) le dit ensemble étant mécaniquement sur le support ( 13 a et 23) de la pince a souder ( 1) et du transformateur TR redresseur RD ( 16 a) et ( 16). 2 Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que l'ensemble échangeur thermique ( 24) air/liquide caloporteur comporte un moteur électrique ( 28) entraînant à la fois la pompe de circulation ( 27) du liquide caloporteur et le ventilateur de refroidissement 4) de l'6 hangeur thermique ( 25) disposé de façon à ae que la flux d'ai généré rafroidissea aussi le moteur électrique ( 26), le transformateur TR ( 16 a) et le redresseur RD ( 16). 3 dispositif suivant la revendication 2 caractérisé par le fait que le moteur électrique ( 28) d'entraînement prélève l'énergie nécessaire à son fonctionnement sur le circuit électrique du secondaire ( 45), du transformateur TR ( 16 a) au travers d'un hacheur ( 21) commandé de façon à fournir un courant constant réglable au moteur d'entraînement ( 28), des moyens de mesure de contrôle et de commande dudit courant étant prévus à cet effet dans le calculateur ( 33) via la connexion ( 22 a). 4 Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que le transformateur TR ( 16 a) constitué du circuit magnétique ( 62) de l'enroulement primaire ( 46) et du secondaire fractionné est solidaire du dissipateur ( 63) sur lequel sont fixées des diodes de redressement constitutives du redresseur ( 16) et est disposé de façon à obtenir des liaisons ( 17) et ( 18) équipotentielles aux bornes ( 3 et e en répartissant les fractions dudit secondaire ( 45) sur toute le longueur du circuit magnétique ( 62), cette disposition permettant de limiter l'inductance de fuite et les pertes Joule dudit transformateur ( 16 a). 5 Dispositif suivant la revendication 4 caractérisé par le fait que le secondaire ( 45) du transformateur TR ( 16 a) est subdivisé en autant d'enroulements disposés autour du circuit magnétique ( 62) constitutif dudit transformateur, raccordés électriquement à autant de modules redresseurs à diode rapides et à faible chute de tension directe constitutifs du redresseur RD ( 16) disposés mécaniquement sur le dissipateur ( 63) refroidi par le liquide caloporteur. 6 Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que la mesure du courant Is parcourant la pince à souder ( 1) est effectué par capteur ( 36)à effet hall, disposé sur l'un des bras ( 2) de aelle=iî, qui mesure le champ magnétique présent autour dudit bras, généralement de section circulaire, consécutif au passage du courant Is de soudure, des moyens logiciels étant prévus pour obtenir, par calcul, grâce au capteur ( 11 a) de tension Us présente aux bornes de la pince à souder là ( 1), l'énergie délivrée à la dite pince à souder ( 1) Ws Us x Is x t nécéssaire au contrôle de la qualité de la soudure des pièces ( 9) et ( 10). 7 Dispositif suivant la revendication 6 caractérisé par le fait que la mesure du courant Is effectué par le capteur ( 36) de courant et la mesure de la tension présente aux bornes de la pince à souder ( 1) effectuée par le capteur ( 11 a) de tension sont utilisées par le calculateur ( 33), des moyens logiciels étant prévus à cet effet pour déterminer l'usure des électrodes ( 7) et ( 8) fixées aux extrémités des deux bras ( 2) et ( 3) de la pince à souder ( 1) par calcul de la variation de leur résistance électrique, le courant Is parcourant la pince à souder ( 1) électrodes en contact, étant maintenu à une valeur constante faible pendant un temps court. 8 Dispositif suivant la revendication 6 caractérisé par le fait que la mesure du courant Is effectue par le capteur ( 36) de courant et la mesure de la tension présente aux bornes de la pince à souder ( 1) effectué par le capteur ( 11 a) de tension sont utilisées par le calculateur ( 33), des moyens logiciels étant prévus à cet effet pour déterminer, dans la phase d'accostage de la pince à souder ( 1) sur les pièces à souder ( 9) et ( 10), la résistance électrique de celles-ci afin de corriger la pression de serrage exercée sur les dites pièces. 9 Dispositif suivant la revendication 8 caractérisé par le fait que la pression de serrage de la pièce à souder ( 1) créée par le vérin ( 11) est variable grâce au contrôle de la pression d'alimentation dudit vérin ( 1), des moyens logiciels et électro-mécaniques étant prévus à cet effet. Dispositif suivant la revendication 6 caractérisé par le fait que la mesure de tension aux bornes de la pince ( 1) effectué par le capteur ( 11 a) est également utilisée pour activer le transistor NOS ( 42) en mode linéaire pour écrêter toute surtension présente à ses bornes grâce à la liaison ( 35) reliant la gate dudit transistor NOS ( 42) au calculateur ( 33), des moyens logiciels résidents étant prévus à cet effet, une diode Zener ( 41) également connectée sur la gate du transistor MOS ( 42) permettant de contrôler les surtensions rapides présentes aux bornes dudit transistor MOS, sa diode intrinséque ( 42 a) se comportant comme diode de roue libre.