Brevet FR3022413A1 — publié le 20151218

La présente invention se rapporte à un générateur de courant modulaire pour la réalisation de soudure, et plus particulièrement, pour le soudage de goujons. Les méthodes industrielles de soudage électrique utilisent une technologie consistant à convertir l'énergie électrique fournie par le réseau de 5 distribution électrique en une tension continue variable isolée du réseau de distribution. Afin d'obtenir un tel résultat, il est connu de l'état de la technique d'utiliser des générateurs de courant basés sur le principe d'une transformation basse fréquence du courant d'alimentation en courant continu à l'aide d'un transformateur 10 abaisseur et d'un pont redresseur commandé. Le courant de sortie est de quelques dizaines de volts et plusieurs centaines ou milliers d'ampères en fonction de la nature du soudage à réaliser. S'il permet la réalisation d'excellentes soudures, ce type de technologie présente des inconvénients majeurs, notamment pour les générateurs de forte 15 puissance : les soudages répétés à forte intensité conduisent à un échauffement du transformateur et afin d'éviter les arrêts de sécurité, les opérateurs sont forcés à une réduction de la cadence ; le générateur est lourd et encombrant, dû à la présence du 20 transformateur basse fréquence ; les générateurs sont adaptés pour une catégorie de soudure mais sont peu flexibles ; la régulation est lente et la reproductibilité des soudures n'est pas assurée. 25 Ce type de technologie est donc difficilement compatible avec la technique de soudage des goujons. La présente invention a pour but de résoudre tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus. À cet effet, la présente invention concerne un générateur de courant 30 pour la réalisation de soudure, comprenant : un module de commande comprenant une interface utilisateur; une interface de régulation reliée électriquement au module de commande ; une pluralité de modules de puissance comprenant chacun un 35 convertisseur de type onduleur et destinés à délivrer chacun une puissance de sortie ; un dispositif connectique de puissance agencé pour connecter en parallèle des modules de puissance appartenant à la pluralité de modules de puissance de façon à collecter leurs puissances de sortie ; au moins une borne de raccordement destinée à relier électriquement le dispositif connectique de puissance à un pistolet de soudage, le module de commande étant agencé pour communiquer une consigne à l'interface de régulation, l'interface de régulation étant agencée pour déterminer une commande à partir de ladite consigne et pour communiquer ladite commande à la pluralité de modules de puissance. Grâce aux dispositions selon l'invention, les générateurs sont légers, peu encombrants, et adaptés à la technique de soudage des goujons. En effet, la conception du générateur étant modulaire, le matériel est évolutif, et les utilisateurs peuvent faire varier la puissance maximale de leur générateur en ajoutant ou retirant des modules de puissance. Les modules de puissance étant amovibles, leur maintenance est facilitée. Les modules de puissance peuvent en outre être standardisés, ce qui implique un moindre coût de réalisation. Le stockage de ces modules de puissance peut ainsi être réduit et rationalisé. De plus, les modules de puissance sont connectés en parallèle, et leur commande est commune. Ce mode de réalisation est ainsi adapté aussi bien au fonctionnement manuel qu'au fonctionnement automatisé, par un automate ou un robot. De cette manière, il est possible d'archiver les données des opérations de soudage afin d'assurer une traçabilité des soudures. La conversion à fréquence élevée, qui consiste à redresser la tension réseau, découper cette tension à fréquence élevée à l'aide de semi-conducteurs appropriés, utiliser un transformateur adapté à cette fréquence et redresser enfin la tension ainsi obtenue, permet des régulations très rapides, améliorant la reproductibilité des soudures. Selon un aspect de l'invention, le générateur de courant comprend un 30 boîtier définissant un logement comprenant une pluralité de compartiments chacun desquels étant apte à recevoir un module de puissance parmi la pluralité de modules de puissance. Selon un aspect de l'invention, les compartiments sont définis par des parois internes au logement. Selon un aspect de l'invention, l'onduleur est un montage comprenant un demi-pont asymétrique, ce montage est simple à réaliser et ne présente pas de risque de conduction simultanée. Selon un aspect de l'invention, l'onduleur comprend un transformateur abaisseur. Selon un aspect de l'invention, les modules de puissance comprennent chacun un pont redresseur, permettant la délivrance à l'onduleur d'un courant adéquat à son fonctionnement. Selon un aspect de l'invention, le générateur de courant comprend un 10 dispositif de mesure, relié électriquement au dispositif connectique de puissance, et agencé pour mesurer une valeur de puissance de sortie globale. Selon un aspect de l'invention, l'interface de régulation est agencée pour lire la valeur de puissance de sortie globale et la réguler en fonction de la consigne du module de commande. 15 Selon un aspect de l'invention, l'interface de régulation est agencée pour comparer la valeur de puissance de sortie globale à la consigne du module de commande, et pour déterminer la commande à fournir à la pluralité de modules de puissance. Selon un aspect de l'invention, l'interface de régulation comprend une 20 unité électronique de régulation apte à comparer la consigne et la valeur de puissance de sortie globale. Selon un aspect de l'invention, l'unité électronique de régulation est un comparateur analogique, par exemple un amplificateur opérationnel. Selon un aspect de l'invention, l'interface de régulation est agencée pour 25 fournir une commande identique à la pluralité de modules de puissance. Selon un aspect de l'invention, chacun des modules de puissance comprend un ensemble de commutation de puissance apte à recevoir la commande de l'interface de régulation. Selon un aspect de l'invention, l'interface de régulation comprend une 30 unité de commande de modulation de largeur d'impulsion apte à communiquer la commande aux ensembles de commutation de puissance de chacun des modules de puissance de la pluralité de modules de puissance. Selon un aspect de l'invention, le générateur de courant comprend un dispositif connectique d'alimentation apte à alimenter la pluralité de modules de 35 puissance, reçue dans la pluralité de compartiments du logement. Selon un aspect de l'invention, le générateur de courant comprend un dispositif connectique de commande/contrôle apte à transmettre la commande fournie par l'interface de régulation à la pluralité de modules de puissance, reçue dans la pluralité de compartiments du logement. Selon un aspect de l'invention, le dispositif connectique de commande/contrôle est agencé pour communiquer des données relatives à l'état de fonctionnement d'au moins un module de puissance parmi la pluralité de modules de puissance et/ou à la présence d'un module de puissance parmi la pluralité de module de puissance. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre et à l'examen des figures ci-annexées, dans lesquelles : la figure 1 représente un générateur de courant pour soudage ; la figure 2 représente un générateur de courant pour soudage ouvert dans lequel sont disposés deux modules de puissance ; la figure 3 représente un générateur de courant pour soudage ouvert dans lequel est disposé un premier module de puissance ; la figure 2 représente également un deuxième module de puissance destiné à être disposé dans le générateur de courant pour soudage ; la figure 4 représente le schéma de principe de fonctionnement du générateur de courant pour soudage ; la figure 5 représente le schéma d'un montage d'un module de puissance ; la figure 6 représente le schéma d'un montage d'une unité de commande de modulation de largeur d'impulsion. Sur l'ensemble de ces figures, des références identiques ou analogues désignent des organes ou ensemble d'organes identiques ou analogues. En figure 1 est représenté un générateur 1. Le générateur 1 comprend un boîtier 3, définissant un logement 5 représenté en figure 2. À l'intérieur du logement 5, des parois 7a, 7b, 7c définissent des compartiments 9a, 9b, 9c aptes à recevoir des modules de puissance 15 17, visibles sur la figure 3. Dans ce mode de réalisation, le logement 5 comprend six compartiments. Le boîtier 3 comprend une face avant 3a, une face arrière 3b. Le schéma de principe de fonctionnement du générateur 1 est représenté 35 en figure 4. Le générateur 1 comprend également un module de commande 41, une interface de régulation 51, un dispositif connectique de puissance 61, un dispositif connectique d'alimentation 65 et un dispositif connectique de commande/contrôle 66. Sur ce schéma, le générateur 1 comprend six modules de puissance 10, 11, 13, 15, 17. Le générateur 1 est destiné à alimenté au moins un pistolet de soudage 5 50a, 50b, comprenant une gâchette, relié à la connectique de puissance 61. Les modules de puissance 10, 11, 13, 15, 17 comprennent des composants similaires et observent un fonctionnement similaire. Par exemple, comme cela est représenté sur la figure 5, le module de puissance 15 comprend un ventilateur 20 garantissant le refroidissement du module 10 de puissance 15, un pont redresseur de courant 18, et un onduleur 19 se présentant sous la forme d'un demi-pont asymétrique. Ce montage est simple à réaliser et ne présente pas de risque de conduction simultanée. L'onduleur 19 comprend un ensemble de commutation de puissance 21 comprenant deux commutateurs, par exemple deux IGBT 23. L'onduleur 19 comprend 15 un transformateur abaisseur 25, un pont redresseur de courant 27 permettant de redresser la composante négative du courant apparue lors de son passage dans le transformateur 25. L'onduleur 19 comprend également une inductance de filtrage 29 visant à filtrer les hautes fréquences en sortie et un filtre capacitif 28 en entrée. Le module de puissance 15 comprend en outre un premier dispositif de 20 connexion comprenant des entrées/sorties correspondant à : un ensemble de fils d'alimentation du module de puissance 15, relié au dispositif connectique d'alimentation (65) ; un fil d'information de présence du module de puissance 15, relié au dispositif connectique de commande/contrôle (66) ; 25 un fil d'information de modulation de largeur d'impulsion, relié au dispositif connectique de commande/contrôle (66) ; un fil d'information de défaut général, relié au dispositif connectique de commande/contrôle (66) ; et un fil d'information d'atteinte du courant maximum, relié au dispositif 30 connectique de commande/contrôle (66). Le module de puissance 15 comprend également un second dispositif de connexion comprenant un ensemble de câbles de sortie destiné à acheminer la puissance produite en sortie, relié dispositif connectique de puissance 61. Les modules de puissance 10, 11, 13, 15, 17 sont aptes à fournir chacun 35 une intensité de courant maximale en sortie qui, dans ce mode de réalisation, est de 400 ampères. Selon le mode de réalisation présenté, tous les modules de puissance 10, 11, 13, 15, 17 ont la même intensité de courant maximale. Le générateur 1 comprend, en outre, un module de commande 41 comprenant une carte de circuit imprimé. Le module de commande 41 comprend une interface utilisateur 45 comportant un écran 46 et une partie d'interface de commande comprenant un ensemble de boutons 47 ou un écran tactile, permettant à l'opérateur de fournir des instructions au module de commande 41. L'interface utilisateur 45 est intégrée au boîtier 3 au niveau de sa face avant 3a afin que l'opérateur y ait accès. Le module de commande 41 comprend une nappe de communication lui permettant d'être relié aux autres composants électroniques du générateur 1 par l'intermédiaire d'un bus de communication. Le module de commande 41 est apte à connaître le nombre de modules de puissance 10, 11, 13, 15, 17 présents grâce au fil d'information de présence. Le module de commande 41 connaît également le courant maximal de sortie des modules de puissance 10, 11, 13, 15, 17 qui est prédéterminé, lors de la programmation du générateur 1. Le courant maximal du générateur 1 est la somme des courants maximaux de chaque module de puissance 10, 11, 13, 15, 17. Le module de commande 41 connaît ainsi la gamme de courant pouvant être fournie en sortie du générateur 1. Le générateur 1 autorise l'utilisateur à donner des consignes de courant de sortie uniquement dans cette gamme. Lorsque l'utilisateur donne une consigne de courant de sortie, le courant de sortie est la somme des courants de sortie de tous les modules de puissance 10, 11, 13, 15, 17 présents, qui se le répartissent de manière égale. Le générateur 1 comprend en outre une interface de régulation 51 s'étendant en regard de la face avant 3a du boîtier 3. L'interface de régulation 51 comprend une deuxième nappe de communication destinée à coopérer avec la première nappe de communication du module de puissance 41. L'interface de régulation 51 comprend en outre un ensemble de six bornes de connexion formant une plage de connexion par module de puissance 10, 11, 13, 15, 17 destinée chacune à accueillir un des six fils de connexion d'un module de puissance 10, 11, 13, 15, 17. Les plages de connexion sont reliées électriquement à la deuxième nappe de communication. La première nappe de communication, la deuxième nappe de communication et les plages de connexion de chaque module de puissance 10, 11, 13, 15, 17 forment le bus de communication permettant au module de commande 41 de communiquer avec les modules de puissance 10, 11, 13, 15, 17par l'intermédiaire de l'interface de régulation 51. Le dispositif connectique de commande/contrôle 66 assure le bon fonctionnement du bus de communication. L'interface de régulation 51 comprend en outre un capteur de courant de sortie global du générateur 1 apte à fournir des mesures de la valeur du courant global 5 délivré en sortie par l'ensemble des modules de puissance 10, 11, 13, 15, 17. À titre d'exemple, le capteur de courant peut être constitué par un élément mesurant une tension issue d'un shunt dans lequel passe le courant de soudage, par un capteur à effet Hall ou par tout autre dispositif permettant la mesure du courant. 10 L'interface de régulation 51 comprend en outre une unité électronique de régulation, communiquant avec le capteur de courant de sortie par l'intermédiaire du dispositif connectique de commande/contrôle 66. L'unité électronique de régulation est apte à analyser les mesures du courant de sortie envoyées par le capteur de courant de sortie et à comparer cette valeur avec la valeur de consigne 15 fournie par le module de commande 41. L'interface de régulation 51 comprend une unité de commande de modulation de largeur d'impulsion 59, représentée en figure 6. L'unité de commande de modulation de largeur d'impulsion 59 est apte à recevoir des ordres de l'unité électronique de régulation 51. L'unité de commande de modulation de largeur d'impulsion 59 envoie alors des commandes aux ensembles de 20 commutation de puissance 21 des modules de puissance 10, 11, 13, 15, 17 afin de d'adapter le courant de sortie du générateur 1 à la consigne. L'unité électronique de régulation 51 ne génère une commande qu'en présence de l'actionnement de la gâchette d'au moins un pistolet de soudage 50a, 50b. L'interface de régulation 51 est unique pour tous les modules de 25 puissance 10, 11, 13, 15, 17, ce qui permet la simplification du montage et donc un moindre coût de réalisation. La similitude des modules de puissance 10, 11, 13, 15, 17 garantit un bon fonctionnement de l'interface de régulation 51 et permet d'éviter les problèmes d'équilibrage. L'unité de commande de modulation de largeur d'impulsion 59 étant commune à tous les modules de puissance 10, 11, 13, 15, 17, les 30 phénomènes de battement dans l'arc électrique en sortie des pistolets de soudage 50a, 50b sont évités. Le boîtier 3 comprend sur sa face avant 3a des ouvertures, aptes à recevoir les bornes de raccordement. Le dispositif connectique d'alimentation 65 comprend un câble d'alimentation situé sur la face arrière 3b du générateur 1, 35 permettant d'alimenter le générateur 1 et notamment les modules de puissance 10, 11, 13, 15, 17. Le dispositif connectique de puissance 61 comprend également un ensemble de bornes de sortie permettant de délivrer la puissance de sortie du générateur 1 à l'au moins un pistolet de soudage 50a, 50b. Le dispositif connectique de puissance 61 comprend en effet un premier ensemble bornes de sortie 67, destiné à alimenter un premier pistolet de soudage 50a et un second ensemble de bornes de sortie 69, destiné à alimenté un second pistolet de soudage 50b. Le dispositif connectique de commande/contrôle comprend deux bornes 80 permettant le pilotage des pistolets de soudage 50a, 50b. Lorsque la gâchette d'au moins un pistolet de soudage 50a, 50b est actionnée, l'unité électronique de régulation 51 génère une commande pour que les modules de puissance 10, 11, 13, 15, 17 fournissent à l'au moins un pistolet de soudage 50a, 50b le courant demandé par l'opérateur. Deux bornes 82 permettent en outre l'alimentation en gaz de protection des pistolets de soudage 50a, 50b. Le gaz de protection est un gaz inerte, par exemple de l'argon. Lors d'une opération de soudage, grâce à l'interface utilisateur 45, l'opérateur fournit une instruction au module de commande 41 sous la forme d'une valeur de consigne d'intensité de sortie. Le module de commande 41 communique alors cette valeur consigne à l'interface de régulation 51 par l'intermédiaire du dispositif connectique de commande/contrôle 66. L'unité de commande de modulation de largeur d'impulsion 59 envoie une commande aux ensembles de commutation de puissance 21 des onduleurs 19 des modules de puissance 10, 11, 13, 15, 17 par l'intermédiaire du dispositif connectique de commande/contrôle 66. Les modules de puissance 10, 11, 13, 15, 17 délivrent chacun en sortie une intensité de courant, les intensités de courant s'ajoutent et l'intensité de courant de sortie global est acheminé vers les premier et second ensembles de bornes de sortie 67 et 69 par l'intermédiaire du dispositif connectique de puissance 61. Le capteur de courant de sortie mesure la valeur de cette intensité de sortie et l'envoie à l'unité électronique de régulation par l'intermédiaire du dispositif connectique de commande/contrôle 66. L'unité électronique de régulation compare cette valeur mesurée à la valeur de consigne fournie par le module de commande 41. Si la valeur mesurée est identique à la valeur de consigne, l'unité de commande de modulation de largeur d'impulsion 59, continue d'envoyer la même commande aux modulateurs de largeurs d'impulsion 21. Si la valeur mesurée est différente de la valeur de consigne, l'unité électronique de régulation 57 donne un ordre à l'unité de commande de modulation de largeur d'impulsion 59 de modifier la commande qu'elle envoie aux ensembles de commutation de puissance 21. Une autre valeur d'intensité de sortie sera alors mesurée par le capteur d'intensité de sortie, qui sera à son tour comparée à la valeur de consigne. Tant que la valeur mesurée sera différente de la valeur de consigne, l'unité électronique de régulation donnera un ordre à l'unité de commande de modulation de largeur d'impulsion 59 de modifier la commande qu'elle envoie aux ensembles de commutation de puissance 21. La valeur de l'écart entre les valeurs mesurées successives et la valeur de consigne tend vers une valeur nulle au fil du temps. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit et représenté, fourni à titre d'exemple illustratif et non limitatif. Dans une alternative au mode de réalisation décrit ci-dessus, le générateur comprend un pont redresseur, commun à tous les modules de puissance.10 REVENDICATIONS1. Générateur de courant (1) pour la réalisation de soudure, comprenant un module de commande (41) comprenant une interface utilisateur (45); une interface de régulation (51) reliée électriquement au module de commande (41) ; une pluralité de modules de puissance (10, 11, 13, 15, 17) comprenant chacun un convertisseur de type onduleur (19) et destinés à délivrer chacun une puissance de sortie ; un dispositif connectique de puissance (61) agencé pour connecter en parallèle des modules de puissance appartenant à la pluralité de modules de puissance (10, 11, 13, 15, 17) de façon à collecter leurs puissances de sortie ; au moins une borne de raccordement destinée à relier électriquement le dispositif connectique de puissance (61) à un pistolet de soudage (50a, 50b), le module de commande (41) étant agencé pour communiquer une consigne à l'interface de régulation (51), l'interface de régulation (51) étant agencée pour déterminer une commande à partir de ladite consigne et pour communiquer 20 ladite commande à la pluralité de modules de puissance (10, 11, 13, 15, 17). 2. Générateur de courant selon la revendication 1, comprenant un boîtier (3) définissant un logement (5) comprenant une pluralité de compartiments (9a, 9b, 9c) chacun desquels étant apte à recevoir un module de puissance parmi la pluralité de modules de puissance (10, 11, 13, 15, 17). 25 3. Générateur de courant selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant un dispositif de mesure, relié électriquement au dispositif connectique de puissance (61), et agencé pour mesurer une valeur de puissance de sortie globale. 4. Générateur de courant selon la revendication 3, dans lequel l'interface de régulation (51) est agencée pour comparer la valeur de puissance de sortie globale 30 à la consigne du module de commande (41), et pour déterminer la commande à fournir à la pluralité de modules de puissance (10, 11, 13, 15, 17). 5. Générateur de courant selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'interface de régulation (51) est agencée pour fournir une commande identique à la pluralité de modules de puissance (10, 11, 13, 15, 17). 35 6. Générateur de courant selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chacun des modules de puissance de la pluralité de modules de puissance(10, 11, 13, 15, 17) comprend un ensemble de commutation de puissance (21) apte à recevoir la commande de l'interface de régulation (51). 7. Générateur de courant selon l'une des revendications 3 à 6, dans lequel l'interface de régulation (51) comprend une unité électronique de régulation 5 apte à comparer la consigne et la valeur de puissance de sortie globale. 8. Générateur de courant selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel l'interface de régulation (51) comprend une unité de commande de modulation de largeur d'impulsion apte à communiquer la commande à l'ensemble de commutation de puissance (21) de chacun des modules de puissance de la pluralité de 10 modules de puissance (10, 11, 13, 15, 17). 9. Générateur de courant selon l'une des revendications 2 à 8, comprenant un dispositif connectique d'alimentation (65) apte à alimenter la pluralité de modules de puissance (10, 11, 13, 15, 17), reçue dans la pluralité de compartiments (9a, 9b, 9c) du logement (5). 15 10. Générateur de courant selon l'une des revendications 2 à 9, comprenant une connectique de commande/contrôle (66) apte à transmettre la commande fournie par l'interface de régulation à la pluralité de modules de puissance (10, 11, 13, 15, 17), reçue dans la pluralité de compartiments (9a, 9b, 9c) du logement (5). 20 11. Générateur de courant selon la revendication 10, dans lequel le dispositif connectique de commande/contrôle (66) est agencé pour communiquer des données relatives à l'état de fonctionnement d'au moins un module de puissance parmi la pluralité de modules de puissance (10, 11, 13, 15, 17) et/ou à la présence d'un module de puissance parmi la pluralité de modules de 25 puissance (10, 11, 13, 15, 17). 30