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Installation de commande de courant électrique.
La présente invention a pour objet une installation de commande de courant électrique, particulièrement pour ré- gler le fonctionnement d'appareils à souder comportant des valves à décharge électrique.
Dans les appareils à souder à résistance, à soudure par points et à soudure continue, le courant de soudure est fourni sous forme d'impulsions intermittentes. Chaque im- pulsion de courant est fournie pendant un intervalle de temps prédéterminé et deux impulsions de courant successives sont séparées par un intervalle de temps prédéterminé qui peut être désigné comme intervalle de pause. De plus, l'alimen-
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tation en impulsions de courant a lieu par une source de cou- rant alternatif et ces impulsions sont composées de trains de sous-impulsions, chacune de ces dernières correspondant à une demi période de la source.
Dans la soudure de ce genre il est souvent important qu'il n'y ait point de variations essentiel- les dans les impulsions de courant aussi bien .au point de vue de la relation entre la grandeur instantanée de chaque sous- impulsion et la grandeur des autres qu'au point de vue du pro- duit du temps de durée des impulsions et de l'importance moyenne du courant dans chaque impulsion, c'est-à-dire les ampères-secondes. Si la différence entre le produit temps- courant maximum et minimum est par exemple de 50%, on rencon- tre des difficultés pour régler le courant moyen à une valeur telle que des résultats satisfaisants soient obtenus dans la soudure de bien des matières.
Un certain nombre de soudures sont faibles parce que le temps de passage de courant est trop court pour produire une fusion convenable du matériel qui doit être soudé, et pour bien des soudures le temps de passage de courant est tellement long que le matériel est brûle. Il résulte de ce qui pr,écède qu'un problème essentiel dans l'étude et la construction d'appareils à souder à ré- sistance consiste à pourvoir à un réglage de la durée du temps des impulsions de courant de soudure tel qu'il n'y ait pas d'écart essentiel de la durée de temps de soudure à sou- dure. Ce problème se réduit ainsi de lui-même à celui de prévoir un appareil de réglage de temps approprié.
De plus, de grandes différences entre les amplitudes des sous-impulsions individuelles telles qu'elles sont produites par des ondes transitoires par exemple, provoquent un brusque flux ou .écou- lement de courant d'une polarité ou de l'autre à travers la matière qui doit être soudée et il en résulte des soudures nullement satisfaisantes. Par conséquent, un autre problème
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essentiel dans la soudure à résistance réside dans la nécessité de prévoir une alimentation en impulsions de soudure dont les sous-impulsions ne varient pas sensiblement par rapport à une valeur normale prédéterminée. Ce dernier problème se résout généralement en prévoyant des moyens impliquant la suppression de grandes ondes transitoires.
Dans les procédés de soudure actuels, les impulsions de courant de soudure sont fournies par une source de courant alternatif et le réglage de temps se produit soit de façon synchrone, soit de façon asynchrone, suivant le caractère du travail à exécuter. Lorsque la matière qui doit être soudée est relativement massive et que les soudures peuvent être relativement grossières et non pas partout uniformes, on emploiera le réglage de temps asynchrone. Dans ce cas, des pulsations de courant irrégulières seront transmises à travers la matière à souder et, en général, la variation du courant de soudure ne sera pas limitée à une étendue raisonnable quelcon- que.
Lorsqu'on désire une grande uniformité des soudures, comme par exemple dans l'industrie des appareils d'aviation et, en général dans tous les cas où- du métal relativement mince, tel que des tôles d'aluminium ou d'acier inoxydable doivent être soudés, on adoptera le réglage de temps synchrone.
Les appareils de réglage de temps synchrones qui ont été prévus conformément aux principes des méthodes anté- rieures, sont fort compliqués et coûteux. Dans la plupart des cas ordinaires, ils comportent six à neuf valves à décharge électrique et à ces valves est associa un nombre d'éléments de synchronisation et de commande. Puis, en addition à cela, il y a des moyens d'ajustement pour l'équipement de synchroni- sation, qui doivent produire l'amorçage des impulsions de sou- dure en des points sélectionnés des demi-périodes de la source de .courant de façon à éviter des ondes transitoires.
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On a trouvé qu'entre les problèmes de soudure qui peuvent être résolus avec un réglage de temps relativement grossier et ceux qui demandent un réglage de temps extrêmement subtil, il y a dans l'industrie de soudure un vaste champ intermédiaire -au point de vue des exigences du réglage de temps. Tandis que la soudure dans ce champ demande un cer- tain degré d'uniformité du courant de soudure qui ne peut être obtenu avec des appareils à soudure grossiers, la pré- cision extrême des équipements hautement synchronisés des anciens appareils n'est pas indispensable.
Pour bien des matières, par exemple, la soudure est satisfaisante si la variation maximum du temps de courant de soudure, de soudure à soudure, n'est pas plus grande que 25%; dans d'autres si- tuations, le courant de soudure peut varier de 40 à 50%; tandis que dans d'autres encore, l'importance de cette varia- tion devra être limitée de 5 à 10%. De plus, il peut y avoir quelque variation dans l'importance des sous-impulsions bien qu'il soit indiqué de la maintenir dans certaines limites.
Les appareils de soudure asynchrones employés jusqu'à présent ne peuvent être utilisés dans ce champ, parce que la variation du courant de soudure de point en point ne peut être maintenue dans les limites requises et qu'il y a une grande variation dans la grandeur des sous-impulsions. Il est vrai que des appareils de réglage de temps synchrones à haute précision fonctionnent de manière satisfaisante, mais leur prix de revient est excessif.
Il résulte des explications précédentes qu'il est désirable d'avoir un appareil de soudure asynchrone qui com- porte des moyens pour limiter l'écart maximum du temps du courant de soudure et les fluctuations se produisant dans les impulsions de courant de soudure à soudure. Dans un appareil de soudure à réglage asynchrone, l'écart du temps de courant
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ae souaure provient ae cieux raisons principaies. premièrement, le réglage de temps asynchrone implique l'amorçage et l'arrêt du courant à des instants inopinés dans les demi-périodes de la source de courant pour produire les impulsions.
A cause de cet effet inopiné ou de hasard, certaines des impulsions peu- vent être établies par plus de demi-périodes de courant de la source que d'autres, c'est-à-dire le produit du courant et du temps des différentes impulsions de soudure peut varier. Deu- xièmement, le facteur de puissance de la charge de soudure est relativement faible et cause des difficultés. Comme l'amor- çage de l'impulsion de soudure dans un appareil asynchrone se produit par hasard, l'amorçage d'une impulsion mène souvent le point zéro du courant à l'état de régime d'un angle de l'ordre de 90 .
L'amorçage prématuré des impulsions de soudure introduit un effet transitoire qui ne fait pas seulement varier sensiblement le produit de courant et de temps, mais donne naissance à des sous-impulsions ayant des amplitudes sensible- ment doubles de l'amplitude des sous-impulsions à l'état cons- tant. Les plus grandes sous-impulsions produites par des ondes transitoires en sont les premières dans les trains qui éta- blissent les impulsions et, par conséquent, lorsqu'elles se manifestent, il se produit un brusque flux ou écoulement de courant de puissance élevée, suivi d'un intervalle de pause qui ne contribue pas à la production d'une bonne soudure.
Un but principal de l'invention est de régler des courants comparativement puissants dans un circuit primaire entre une source de courant alternatif et une charge associée à celle-ci par réglage de l'écoulement de courants comparati- vement faibles dans un circuit secondaire.
L'invention vise en outre à créer une installa- tion de commande pour fournir un courant électrique à une charge en impulsions intermittentes dont la grandeur ne varie @
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pas de l'une à l'autre plus que d'une valeur prédéterminée, tant au point de vue des valeurs instantanées qu'au point de vue du produit de courant et de temps.
L'installation de commande de courant suivant l'in- vention comporte un circuit primaire renfermant une source de courant et une charge associée à celle-ci, des moyens-valves comprenant un dispositif à décharge électrique du type à igni- tion ayant plusieurs électrodes principales et une électrode d'amorçage en contact avec l'une des électrodes principales, disposés pour être connectés entre la source de courant et la charge, et un circuit secondaire pour commander le flux de courant dans le dit circuit primaire, comprenant la dite électrode d'amorçage, et des moyens à conductivité bilatérale disposés pour interconnecter la source de courant et la dite électrode d'amorçage et la dite électrode principale avec laquelle celle-ci est en contact.
Une valve à décharge électrique du type à électrode d'ignition immergé comporte une anode d'une matière telle que du carbone ou nickel, une cathode ordinairement composée de mercure et une électrode d'ignition ou d'allumage établie de préférence en carbure de bore ou carbure de silicium qui plonge dans le mercure. On a trouvé que pour l'allumage de la valve il faut appliquer un potentiel d'une certaine grandeur sensible, qui sera désigné par la suite comme potentiel d'igni- tion,à la partie de l'électrode d'ignition s'étendant au-dessus du mercure.
Dans l'objet de l'invention, il est indiqué que les potentiels d'ignition qui sont appliqués par l'intermédiai- re de l'appareil de réglage de temps aient un caractère tel qu'ils montent à la valeur nécessaire pour l'ignition pour la première fois dans chaque demi-période de la source en un point décalé ou en retard sur le point de potentiel zéro d'un angle sensible qui sera désigné par la suite comme angle d'igni-
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tion.
Par conséquent, malgré le fait que l'appareil de réglage de temps ferme le circuit d'ignition au hasard et peut le fermer à n'importe quel point dans des demi-périodes, l'allu- mage ne peut se produire que dans un angle limité, égal à 180 moins deux fois l'angle d'ignition (pour une source de courant sinusoidal), dans chaque demi-période de la source.
Il en résulte que la variation de la grandeur du courant qui peut surgir par suite de la fermeture inopinée du circuit d'ignition, est fortement limitée. L'écart possible peut encore être réduit ultérieurement en ayant soin de prévoir un rapport convenable entre l'intervalle de temps pendant lequel le circuit d'ignition reste fermé et le temps dans les demi-périodes de la source pendant lequel le courant de sou- dure doit passer.
Il est en outre avantageux d'établir les électrodes d'ignition des valves à décharge électrique ou la résistance des circuits d'ignition avec des propriétés telles que l'an- gle d'ignition soit compris dans un nombre limité de degrés, le même que l'angle du facteur de puissance, c'est-à-dire l'angle entre le point de potentiel zéro et le point de cou- rant zéro à l'état de régime. Grâce à cette relation, l'effet transitoire possible qui puisse se produire est sensiblement réduit. Par exemple, on a trouvé que de bons résultats étaient obtenus avec une source d'une tensionnormale de 440 volts et des valves à décharge électrique ayant des électrodes d'igni- tion exigeant un potentiel de l'ordre de 100 volts pour l'i- gnition.
Dans une installation d'essai, les valves étaient reliées en couplage anti-parallèle entre la source et la charge et les électrodes d'ignition étaient reliées en série entre elles et ainsi reliées à la source à travers les élec- trodes de mercure et la charge. On a trouvé que le courant à l'état constant pour un nombre de soudures produites avec @
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cette installation était de 325 ou 460 ampères. Un oscillosco- pe a montré que la pointe de courant maximum était de l'ordre de 530 ampères. Pour la même opération exécutée avec un ap- pareil de soudure asynchrone de l'ancien type, on a constaté que la pointe de courant maximum était de 880 ampères.
On voit :ainsi qu'en utilisant une installation suivant l'inven- tion, l'écart est réduit d'une valeur légèrement inférieure à 100% à approximativement 15%. L'attention est tirée sur le fait que lors de l'exécution de cet essai, les électrodes d'ignition de 100 volts avaient été utilisées avec une source de 440 volts. Dans une pareille disposition, l'angle dans la demi-période auquel s'est produit l'ignition des valves, est de 18,7 . Si on avait utilisé une source de 220 volts, l'an- gle d'ignition aurait été augmenté à 40 , et on obtiendrait ainsi une amélioration sensible par rapport aux résultats d'essai susmentionnés.
Plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'in- vention sont représentées, à titre d'exemple, au dessin annexé dans lequel:
La fig. 1 montre une vue schématique d'une instal- lation de soudage à soudure continue;
La fig. 2 montre une vue schématique d'une instal- lation de soudage à soudure par points;
La fig. 3 est un diagramme montrant la relation entre le potentiel et le courant pour une charge ayant un angle de facteur de puissance sensible et qui est alimentée par une source de courant alternatif pendant le fonctionne- ment à l'état de régime,
La fig. 4 est une vue schématique montrant l'onde transitoire produite par un amorçage de flux de courant dans la charge prématuré dans une demi-période;
La fig. 5 est un diagramme montrant l'onde transi- @
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toire produite par l'amorçage d'un flux de courant à un moment plus tard dansla demi-période;
La fig. 6 donne un diagramme montrant la relation entre l'onde transitoire et l'angle d'amorçage du flux de courant;
La fig. 7 est un diagramme montrant les régions dans lesquelles l'amorçage du flux de courant est impossible dans la réalisation de l'invention;
Les figs. 8, 9, 10, 11 et 12 sont des diagrammes montrant l'étendue de variation dans la grandeur d'une pulsa- tion à deux périodes alimentée par les appareils construits d'après les figs. 1 et 2;
La fig. 13 est un diagramme montrant la variation du courant en fonction de l'angle de fermeture du circuit d'ignition de l'appareil, sur lequel se basent les figs. 8 à 12;
Les figs. 14, 15, 16, 17 et 18 représentent une série de diagrammes montrant la variation du flux de courant pour une autre pulsation à deux périodes produite avec l'ap- pareil construit suivant la fig. 1 ou la fig. 2;
La fig. 19 est un diagramme montrant la variation du flux de courant en fonction de l'angle de fermeture du circuit d'ignition de l'appareil sur lequel sont basées les figs. 14 à 18;
La fig. 20 montre une vue schématique d'une autre forme d'exécution de l'objet de l'invention;
La fig. 21 est un diagramme représentant le fonc- tionnement de l'installation de la fig. 20;
La fig. 22 est une vue schématique d'un régulateur dont on parlera plus loin, et
La fig. 23 est un diagramme illustrant le fonctionne- ment du régulateur suivant la fig. 22.
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L'installation représentée à la fig. 1 comporte un transformateur de soudure 25 et une paire d'électrodes de soudage 29 reliées à l'enroulement secondaire 27 du dit transformateur. La matière 31 qui doit être soudée, avance continuellement entre les électrodes 29 et est soudée par la transmission d'une série d'impulsions de courant élec- trique entre les électrodes et à travers la matière à souder.
Pour faciliter le mouvement de la matière à souder, les élec- trodes peuvent être établies en forme de galets.
L'enroulement primaire 33 du transformateur de soudure 25 est relié aux conducteurs de ligne 35 et 37 d'une source de courant alternatif 39 du type usuel par l'intermédiaire d'une paire de valves à décharge électrique 41 et 43. Ces valves sont reliées en couplage anti-parallèle de façon à transmettre du courant alternatif à travers l'en- roulement primaire du transformateur 25.
Chaque valve comporte une anode 45 en carbone ou en un métal approprié, une cathode de mercure 47 et une électrode d'ignition 49 en carbure de bore, carbure de silicium ou toute autre matière appropriée à haute résistance. L'anode 45 de l'une des valves, 41, et la cathode 47 de l'autre, 43, sont reliées au conducteur de ligne 35, tandis que l'anode 45 de la valve 43 et la cathode 47 de la valve 41 sont reliées à une borne 51 de l'enroulement primaire 33 du transformateur de soudure 25. L'autre borne, 53, de l'enroulement primaire 53 est reliée par un conducteur 95 à l'autre conducteur de ligne, 57.
La matière à souder 31 est soudée en faisant passer,à travers elle des impulsions de courant dont chacune a une longueur égale à un nombre prédéterminé de demi-périodes de la source 39 et consiste en un train de même nombre de sous-impulsions.
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Les impulsions de courant sont déterminées par le fonctionnement d'un régulateur à temps comportant un moteur à courant continu 55 disposé pour faire tourner un commutateur 57 et un relais à temps 59 actionné en dépen- dance du mouvement du commutateur 57. Le moteur 55 est ali- menté à partir de la source 39 à travers un redresseur approprié 61. Sa vitesse peut être réglée au moyen du rhéostat 63 relié en série avec son enroulement de champ 65. Lorsque les conducteurs de ligne sont alimentés, le moteur 55 tourne avec une vitesse déterminée par le rhéostat 63 et le commuta- teur 57 est donc animé d'un mouvement de rotation correspon- dant.
Pour commencer une opération de soudure continue, lorsque les conducteurs de ligne 35 et 37 sont alimentés, on actionne un interrupteur de démarrage 67. Ce dernier peut être établi en forme d'un bouton-pressoir ou d'un interrup- teur à pédale actionné par l'opérateur, ou il peut être ac- tionné automatiquement par exemple sous l'influence de la ma- tière à souder lorsque celle-ci arrive dans une région pré- déterminée. Lorsque l'interrupteur 67 est actionné ou fermé, il relie dans la position représentée du commutateur 57 un balai 69 s'engageant avec une bague extérieure 71 du commu- tateur électriquement avec un balai 73 s'engageant avec une bague intérieure 75 du commutateur à travers une source de courant appropriée 77 et une bobine d'excitation 79 du relais à temps 59.
Les bagues extérieure et intérieure 71 et 75 du commutateur 57 sont en connexion métallique l'une avec l'au- tre. La bague intérieure 75 est complètement conductrice, tandis que la bague extérieure 71 est subdivisée en un segment conducteur 81 et un segment isolant 83. Par conséquent, lors- que le balai 69 touchant la bague extérieure 71 est en contact avec le segment conducteur 81 et que le circuit du relais 59 @
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est fermé par l'interrupteur 67, le relais 59 se trouvera excité. Lorsque le balai 69 fait contact avec le segment isolant 83, le relais 59 sera désexcité, même si l'interrup- teur 67 est fermé.
Pour produire une soudure continue, on ferme l'interrupteur 67 pour un intervalle de temps corres- pondant à la longueur de la soudure, et le relais 59 est alternativement excité et désexcité pendant cet intervalle.
La vitesse du moteur 55 est ordinairement choisie de façon que les intervalles pendant lesquels le relais 59 est excité et désexcité comprennent plusieurs demi-périodes de courant de la source alimentaire, bien que pour de rares occasions une seule demi-période puisse aussi être utilisée.
Le relais 59 est muni d'un contacteur mobile 85 qui coopère avec une paire de contacts fixes correspondants 87 pour la connexion directe des électrodes d'ignition 49 des deux valves 41 et 43 lorsque le relais est excité.
Lors de la mise en connexion des électrodes d'ignition 49, les chemins entre les anodes 45 et les cathodes 47 des valves 41 et 43 sont non conducteurs et du courant passe à travers les électrodes d'ignition dans une direction ou dans l'autre suivant la polarité de la source 39 à ce moment. Par exemple, si le conducteur de ligne supérieurb 35 est positif et le con- ducteur inférieur 37 négatif, le courant suivra un circuit allant du conducteur de ligne supérieur à travers un con- ducteur 89,la cathode 47 et l'électrode d'ignition 49 de la valve de droite 43, un fil 91, le contacteur fermé 85 du relais à temps 59, un fil 93, l'électrode d'ignition 49 et la cathode 47 de la valve de gauche 41, l'enroulement pri- maire 33 du transformateur de soudure 25, le conducteur 95, vers le conducteur de ligne inférieur 37.
Le circuit inverse peut être tracé de manière similaire lorsque le conducteur de ligne inférieur est positif et le conducteur de ligne supé- @
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rieur négatif.
L'examen des circuits tracés ci-dessus révèle que la direction du flux de courant va à partir de l'élec- trode d'ignition 49 vers la cathode 47 dans la valve 41, ou dans la valve 43, pour laquelle le potentiel de l'anode 45 est positif par rapport à la cathode, par exemple, vers la cathode 47 de la valve 41 dans les conditions supposées en traçant le circuit. Lorsque le potentiel de l'électrode d'ignition 49 dans la valve 41 ou 43, pour laquelle le poten- tiel anode-cathode est positif et le courant d'ignition prend son départ à l'électrode d'ignition, s'élève à une valeur suffisante pour rendre la valve conductrice, le courant passe- ra dans la valve entre l'anode et la cathode et à travers l'en- roulement primaire 33 du transforma.teur de soudure 25.
La même situation se produit pour l'autre valve, lorsque la polarité des conducteurs de ligne 35 et 37 est'inversée.
Comme le courant d'ignition est dérivé directement de la source, la chute de potentiel aux électrodes d'ignition 49 suit le potentiel de la source et s'élève, par conséquent, à la valeur nécessaire pour la menée en un angle dans chaque demi-période de courant de la source, lequel dépend de la grandeur du potentiel nécessaire à l'ignition et qui a été désigné comme angle d'ignition. Cet angle peut être réglé à toute valeur désirée en choisissant convenablement l'électrode d'ignition 49 ou en ajustant convenablement le potentiel de la source pour toute électrode d'ignition donnée. Si l'on choisit par exemple une électrode d'ignition demandant une tension d'environ 100 volts pour rendre la valve conductrice, l'angle d'ignition s'établit au point dans les demi-périodes de courant de la source auquel la grandeur instantanée est de 200 volts.
Comme il a été dit précédemment, pour une source @
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de 440 volts, cet angle est de tordre de 18,7 et pour une source de 220 volts, de 40 .
Lorsque l'interrupteur de démarrage 67 est fermé, le relais d'amorçage 59 est excité et désexcité à répétition avec une périodicité qui dépend de la relation entre les seg- ments conducteur et isolant 81 et 83 de la bague extérieure 71 du commutateur 57 et de'la vitesse du moteur 55. Le contacteur 85 du relais 59 est par conséquent fermé par intermittence pen- dant un intervalle de temps correspondant à la longueur angu- laire du segment conducteur 81 du commutateur 57 et à la vi- tesse du moteur 55. Pendant ces intervalles, des impulsions de courant de soudure dont chacune a une. longueur de plusieurs demi-périodes de courant de la source, passent à travers la charge ou matière à souder 31.
Chaque impulsion de courant est constituée par une série de sous-impulsions dont¯chacune à son tour passe pendant une demi-période de courant de la source et est prédéterminée dans la demi-période par le choix des électrodes d'ignition 49 des valves 41 et 43 par les- quelles passent les sous-impulsions. Une :analyse des va- riations possibles des grandeurs des pulsations de courant composées révèle que malgré la fermeture inopinée du relais de démarrage, l'étendue de variation est maintenue dans des limites bien définies aussi bien au point de vue du produit de courant et de temps qu'au point de vue des pointes maxima.
L'installation représentée à la fig. 2 est en grande partie similaire à celle représentée à la fig. 1.
Toutefois, des redresseurs 97 et 99 qui sont de préférence du type à cuivre-oxyde de cuivre, sont dans ce cas connectés entre les électrodes d'ignition 49 et les cathodes associées 47 des valves 41 et 43 respectivement. Les redresseurs 97 et 99 sont raccordés de façon que chacun bloque le courant (en
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supposant une polarité conventionnelle) qui tend à passer dans la direction allant à partir de l'électrode d'ignition 49 à laquelle il est relié, à la cathode associée 47, mais conduit le flux de courant en direction opposée. Par conséquent, un courant sensible ne passera à travers une électrode d'igni- tion et sa cathode associée que dans la direction allant à partir de l'électrode d'ignition, et non pas en direction opposée.
Par exemple, si le conducteur de ligne supérieur 35 est positif et le conducteur inférieur 37 négatif, le courant passe à travers le redresseur de droite 99 et entre l'élec- trode d'ignition 49 et la cathode 47 de la valve de gauche.
Les redresseurs 97 et 99 ont la fonction de protéger les électrodes d'ignition 49 contre des détériorations qu'elles pourraient subir par suite d'un courant passant de la cathode à l'électrode d'ignition. Bien-entendu, les redresseurs ré- duisent aussi l'angle d'ignition pour une caractéristique de circuit d'ignition donnée et, par conséquent, le circuit d'ignition demandera des modifications pour l'adapter à l'emploi des redresseurs.
Le.fonctionnement de l'installation de soudure par points représentée à la fig. 2 est amorcé par l'actionne- ment d'un interrupteur commutateur de commande 101. Lorsqu'on forme l'interrupteur-commutateur 101, son contacteur supé- rieur 103 interconnecte directement les électrodes d'ignition 49 des deux valves 41, 43. Le courant passe alors à travers une des électrodes d'ignition en partant du conducteur de ligne qui est en ce moment positif vers le conducteur de ligne alors négatif.
Au moment où le conducteur de ligne supérieur 35 est positif et le conducteur de ligne inférieur 37 négatif, le courant suivra un circuit qui part du conduc- teur de ligne supérieur à travers un conducteur 105, le re- dresseur de droite 99, un fil 107, le contacteur 103 de
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l'interrupteur-commutateur 101, un fil 109, les contacts de repos 111 et 113 du relais à temps 115, un fil 117, 3.'électro- de d'ignition 49 et la cathode 47 de la valve de gauche 41 , l'enroulement primaire 33 du transformateur de soudure 25, un conducteur 119 pour revenir au conducteur de ligne infé- rieur 37. Un potentiel est ainsi imprime depuis la source principale 39 à l'électrode d'ignition 49 de la valve de gauche.
Lorsque ce potentiel atteint la valeur exigée pour l'ignition, la valve de gauche 41 est rendue conductrice et le courant est transmis à travers l'enroulement primaire 33 du transformateur 25. Une impulsion de courant de polarité opposée est transmise à travers la valve de droite 43 et l'enroulement primaire du transformateur, lorsque le con- ducteur de ligne inférieur 37 est positif et le conducteur de ligne supérieur négatif, et le potentiel convenable est imprimé à l'électrode d'ignition correspondante.
Lorsque l'interrupteur-commutateur 101 est actionné, son contacteur mobile inférieur 121 dégage une paire de contacts immobiles correspondants 123 de façon à ouvrir un court-circuit de la bobine 125 du relais à temps 115. La bobine 125 est alors alimentée de courant par un circuit partant de la borne de gauche 53 de l'enroulement primaire 33 du transformateur 25 à travers un conducteur 127, la bobine 125, un conducteur 129, une résistance-1.imitatrice de courant.151 vers la borne de droite 51 de l'enroulement primaire 33. Le relais 115 est muni d'une armature 133 sus- pendue à une extrémité 135 et dont la position est déterminée par une came réglable 137.
La période de temps caractéristique du relais 115 est le temps nécessaire à l'armature 133 pour se déplacer de la position à laquelle elle est amenée par la came 157 vers un point où elle s'engage avec une paire de ressorts plats interconnectés 139 portant des contacts mobiles,
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113 et 141.
Lorsque la bobine 125 du relais 115 est excitée, l'armature 133 commence à se déplacer de la position à .laquelle elle a été amenée par la came 137 et après le temps caractéristique elle s'engage avec la paire de res- sorts 139 en amenant ainsi les contacts de repos 111 et 113 du relais à s'ouvrir et le contact mobile 141 à s'engager avec un contact immobile coopérant 143. Par l'ouverture des contacts de repos 111 et 113, la connexion entre les élec- trodes d'ignition 49 est interrompue et le courant passant par les valves 41 et 43 est intercepté après que le courant dans la dernière valve qui est conductrice lorsque les con- tacts sont ouverts, devient zéro.
Quand les contacts norma- lement ouverts 141 et 143 sont fermés, ils complètent un cir- cuit partant du conducteur de ligne supérieur 35 à travers le conducteur 105, une résistance 145, les contacts alors fermés 141 et 143,un conducteur 147, la borne 51, la résistance 131, le conducteur 129, la bobine d'excitation 125 du relais 115, le conducteur 127, le conducteur 119 vers le conducteur de ligne supérieur 37. Le relais 115 est maintenant bloqué à l'état excité et 1-'armature 133 est empêchée de permettre aux contacts de repos 111 et 113 de se refermer et de pro- voquer la réignition des valves 41 et 43.
Lorsque l'armature 133 ouvre les contacts 111 et 113, une opération produisant rétablissement d'un point de soudure unique sera complétée. La soudure comprend une longueur de plusieurs demi-périodes et sa longueur dépend du réglage de la came 137. Pour produire la soudure d'un autre point, l'interrupteur-commutateur 101 est libéré pour pouvoir s'ouvrir et est ensuite fermé de nouveau.
Lorsque 1'interrupteur-commutateur 101 est ouvert, la bobine 125 du relais à temps 115 est¯ court-circuitée par le con-
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tacteur 121 et le circuit d'ignition est en même temps main- tenu ouvert au contacteur supérieur 103. L'installation est ainsi remise à l'état prêt à une seconde opération. La fer- meture de l'interrupteur-commutateur 101 amorce une seconde opération de soudure. Dans la disposition de la fig. 2 comme dans celle de la fig. 1, tout écart indésirable du courant de soudure de l'état de régime est empêché par le fait que les valves à décharge électrique ne peuvent être allumées qu'entre certains angles dans les demi-périodes de la source de courant.
Les figs. 3 à 19 montrent graphiquement les aspects importants de l'invention. A la fig. 3, la courbe sinusoïdale 149 de plus petite amplitude représente le potentiel d'une source de courant, tel qu'il est utilisé ici, en fonction du temps. La courbe sinusoïdale 151 d'une amplitude légère- ment plus grande représente le flux de courant à l'état de ré- gime à travers une charge ayant un facteur de puissance dé- calé en retard, comme par exemple une charge en soudure, également en fonction du temps. L'angle du facteur de puissance dans chaque demi-période est représenté par un symbole 153 en forme d'un petit cercle avec une flèche passant par son centre. Cette désignation conventionnelle sera employée dans toute la suite.
Les courbes de la fig. 3 représentent la condi- tion du flux de courant à l'état de régime dans la charge.
Cette condition n'existe qu'après que la charge a été ali- mentée de courant pendant un intervalle de temps sensible.
La fig. 4 montre graphiquement la situation qui se présente au début de l'amorçage du flux de courant dans la charge.
Ici la courbe 155 d'amplitude variable représente le flux de courant en fonction du temps. En traçant la courbe 155 @
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on a supposé que le flux de courant dans la charge est amorcé à un moment prématuré dans la première demi-période de la source de courant. On voit de la première demi-onde de courant 157 que le courant s'élève à une valeur consi- dérablement plus élevée que l'amplitude à l'état de régime et retombe ensuite à zéro en un point 159 dans la prochaine demi-période de potentiel 161 qui se manifeste plus tard que l'angle de facteur de puissance.
Le courant devient alors néga- tif et passe par un maximum négatif 163 sensiblement plus pe- tit que l'amplitude de courant à l'état de régime et ensuite il passe par zéro et s'élève à une amplitude positive un peu plus petite que la première onde 157. Cela se répète pour un certain nombre de demi-ondes. Chaque demi-onde positive succes- sive devient plus petite, tandis que chaque demi-onde négative successive devient,plus grande, jusqu'à ce que l'amplitude de l'état de régime soit atteinte des deux cotés de l'axe de temps 165. Quand les amplitudes d'ondes se rapprochent de l'amplitude de l'état de régime, les points d'inter- section 167, 169,171,173,175 et 177 des ondes avec l'axe de temps 165 se rapprochent de l'angle du facteur de puissance dans chaque direction.
Une onde 155 du type tracé à la fig. 4 qui précède le point 177 dans lequel l'amplitude d'état de régime est atteinte, est désignée comme onde transitoire. On notera que les amplitudes maxima des ondes transitoires sont sen- siblement plus grandes que les amplitudes correspondantes des ondes à l'état de régime et que, par conséquent, le courant qui passe pendant un nombre de demi-périodes transitoires peut être sensiblement plus grand que le courant correspon- dant qui passe pendant un nombre de demi-périodes d'état de régime.
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Une analyse mathématique d'une onde transitoire révèle qu'elle est établie par la somme de l'onde d'état de régime et une fonction logarithmique qui devient sen- siblement zéro lorsque la condition d'état de régime est atteinte. La fonction logarithmique est représentée par la courbe en traits mixtes 179 dans la fig. 4. Elle sera désignée dans la suite comme courbe de décroissement et on désignera le temps pendant lequel la courbe de décrois- sement atteint une valeur telle que l'état de régime soit réalisée comme temps de décroissement ou simplement comme @ décroissement.
Dans la fig. 5, on a représenté une courbe de courant transitoire 181 et une courbe de décroissement 183 pour le cas où. le flux de courant est amorcé tard dans la première demi-période de la source de courant.
Un examen des figs. 4 et 5 révèle que la hauteur -au-dessus ou au-dessous de l'axe de temps 165 à partir de laquelle commence la courbe de décroissement 179 ou 183, et par conséquent le temps de décroissement dépend de l'angle électrique entre le point de facteur de puissance et le point d'amorçage.
Cette situation se produit par le fait que le cou- rant passant par la charge doit nécessairement être zéro au point d'amorçage et qu'à ce point la courbe de décroissement a sa hauteur maximum. Comme le courant transitoire est égal à la somme du courant d'état de régime et du décroissement à chaque point, la hauteur maximum de la courbe de décrois- sement devra être égal à l'ordonnée que la courbe de courant d'état de régime aurait à l'amorçage. Cette ordonnée est un maximum en un point devançant le point de facteur de puis- sance de 90 degrés électriques et se réduit à zéro au point de facteur de puissance.
Par conséquent, le décroissement est un maximum pour l'amorçage à approximativement 90 à
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partir du point de facteur de puissance et devient plus petit à mesure que le point de facteur de puissance est atteint.
Cette situation est représentée graphiquement à la fig. 6 dans laquelle le potentiel de la source de courant et le courant à l'état de régime sont de nouveau tracés en fonction du temps. Plusieurs courbes de décrois- sement 158, 187 et 189 y sont tracées en traits mixtes pour correspondre aux différents angles d'amorçage du flux de courant. La courbe supérieure 185 représente la condition qui existerait pour l'amorçage du flux de courant en un point devançant le point de facteur de puissance de 90 degrés électriques.
Les courbes inférieures 187 et 189 représentent des angles proportionnellement plus petits d'écart du point de facteur de puissance, On voit qu'en se rapprochant du point de facteur de puissance, la hauteur de la courbe de décroissement et par conséquent le temps de décroissement correspondant deviennent relativement plus petits.
L'analyse précédente révèle que lorsqu'une charge ayant un angle de facteur de puissance sensible est alimen- tée par une source de courant alternatif, le courant qui passe pendant l'intervalle transitoire varie sur une grande étendue qui dépend de l'angle dans la demi-période auquel le flux de courant est amorcé. Dans une installation dans laquelle la charge est alimentée continuellement, la condition d'état de régime est atteinte après quelques demi-périodes et l'effet de l'onde transitoire est de moindre importance. Tou- tefois, cette situation n'existe pas dans les opérations de soudure,en particulier dans la soudure à résistance par points et en file continue. Ici le courant passe pendant un nombre de demi-périodes et est arrêté pendant un nombre de demi-périodes.
L'intervalle de temps total pendant lequel
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passe le courant, est sensiblement du même ordre de grandeur que le décroissement de temps de la charge et cela est aussi le cas pour l'intervalle de pause. Par conséquent, lorsqu'on alimente une charge en soudure de courant, la condition de l'état de régime est rarement atteinte, ce qui fait qu'il faut tenir compte du courant transitoire.
Des considérations précédentes il résulte aussi qu'avec un appareil de réglage de temps .asynchrone construit suivant les anciens principes il est sensiblement impossible d'obtenir une uniformité du courant amené aux soudures in- dividuelles. Un .appareil de réglage de temps de ce genre peut faire amorcer une soudure en un point décalé de 90 du point. de facteur de puissance et l'alimentation de courant en sera relativement grande. Une autre soudure peut être amorçée sensiblement au point de facteur de puissance et dans ce cas le flux de courant initial peut être la moitié du flux de courant pour le point premièrement mentionné.
Pour un nombre limité de demi-périodes de la source, le produit de courant et de temps varie ainsi sensiblement et le courant instantané maximum s'établissant .pendant un intervalle de soudure peut être largement différent de celui se manifestant pendant un autre intervalle de soudure.
Le dernier effet aggrave particulièrement les dif- ficultés de soudure de matières à souder qui sont plus sen- sibles aux conditions de courant variable, comme par exemple l'aluminium. En se référant aux figs. 4 et 5, on verra que la première boucle de courant transitoire 157 ou 193 est d'une amplitude sensiblement plus grande et persiste sensiblement plus longtemps que les suivantes, L'énergie fournie à la matière à souder pendant que passe le courant représenté. par la première boucle transitoire est proportionnelle à l'intégral, par rapport au temps, du carré des ordonnées @ -
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de la boucle et est par conséquent plusieurs fois plus grande que celle correspondant à une alimentation en courant d'état de régime.
On a trouvé que la grande énergie ainsi four- nie en raison des ondes transitoires telles que celles re- présentées aux figs. 4 et 5 a un effet particulièrement nuisible sur la matière soudée, qui est mis en évidence par un crachement de matière fondue à partir des régions de sou- dure, par des formations d'arcs et dans des cas extrêmes, par une explosion de la soudure.
Dans l'installation représentée aux figs. 1 et 2, le manque d'uniformité dans la soudure est supprimé par les moyens de limitation de l'angle dans les demi-périodes pendant lequel le flux de courant est amorcé en utilisant des chemins de décharge asymétriques qui permettent au flux de courant une fois amorcé de ne continuer que dans une di- rection seulement. Comme il a été expliquée il faut imprimer un potentiel d'une grandeur sensible aux électrodes d'ignition 49 dans l'installation représentée aux figs. 1 et 2, pour produire l'ignition. Comme ce potentiel est fourni par la sour- ce principale à travers les contacteurs 85 et 111, 113 des relais à temps 59 et 115, il faut que le potentiel de la source s'élève à la valeur nécessaire avant que l'allumage ne se produise.
Par conséquent, si dans l'installation de la fig.l, le balai 69 s'engageant avec la bague extérieure 71 du commutateur à commande asynchrone 59 touche, lors de la réalisation d'une soudure, d'abord le segment con- ducteur 81 à un moment très prématuré dans une demi-période de la source, ou très tard dans une demi-période, le flux de courant à travers l'une ou l'autre des valves 41, 43 ne se produit pas tout de suite. Le passage du courant par celles-ci commence seulement lorsque le potentiel de la source de courant atteint la valeur suffisante
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pour l'ignition.
Il y a donc une région passive dans chaque demi-période de la source de courant 39 pendant laquelle l'alimentation de courant pour la charge en soudure ne peut être amorcée'même si le relais de démarrage 59 est excité.
Cela est également vrai pour l'instant de fermeture de l'interrupteur-commutateur 101.
A la fig. 7, ces régions passives sont illustrées par les aires hachurées 191 associées' à la courbe 149 re- présentant le potentiel de la source de courant. Pour ce diagramme il a été supposé que la relation entre le poten- tiel d'ignition et le potentiel de la source de courant est telle que le potentiel de la source de courant s'élève à la valeur d'ignition à un angle de 30 à partir du point zéro, c'est-à-dire que l'angle d'ignition est de 30 . II va de soi que cetangle peut varier sur une étendue considérable si l'on utilise des électrodes d'ignition de types différents ou si l'on varie le potentiel de la source. Comme représenté à la fig. 7, l'angle d'ignition est plus petit que l'angle de facteur de puissance.
En considération de ce fait, le flux du courant de soudure peut parfois être amorcé pré- alablement à l'angle de facteur de puissance par l'excitation du relais d'amorçage 59 dans l'installation représentée à la fig.l ou par la fermeture de l'interrupteur-commutateur
101 de l'installation de la fig. 2 à un instant correspondant à un point dans les aires hachurées 191. Toutefois, le po- tentiel de la source de courant et les électrodes d'ignition sont choisis, dans la mise en oeuvre pratique de l'invention, de telle façon que l'onde transitoire produite soit relati- vement petite et ne permette pas au courant de soudure de dépasser les limites admissibles.
La variation dans le flux de courant qui existerait dans une installation du genre de celle de la fig.l ou de la @
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fig. 2 dans laquelle le courant de soudure passe par in- termittence pendant deux périodes, est représentée dans les diagrammes des figs. 8 à 13. La courbe sinusoïdale 201 de la fig. 8 représente le potentiel de la source de courant.
Les lignes verticales 203 et 205 découpant des sections au début et à la fin respectivement des demi-périodes de la courbe sinusoïdale 201 sont des ordonnées de la courbe représentant un potentiel égal au potentiel d'ignition.
La ligne 203 au commencement des demi-périodes est déplacée à partir du point zéro justement en avant de lui de l'angle d'ignition ; l'autre ligne, 205, est déplacée du point zéro en arrière de celui-ci d'un angle égal à l'angle d'ignition qui sera désigné comme angle passif pré-zéro. L'angle total dans chaque demi-période dans lequel l'ignition ne peut se produire sera désigné comme l'angle passif. Il est à noter que pour l'exemple représenté on a supposé que l'angle d'ignition est plus grand que l'.angle de facteur de puissance.
Pour l'alimentation de courant pendant l'inter- valle de deux périodes, il faut que les contacteurs à temps 85 et 111, 113 soient fermés pour un certain inter- valle de temps qui peut être inférieur à deux demi-périodes.- Cela provient du fait que lorsqu'une valve, 41 ou 43, est une fois rendue conductive, elle reste conductive tant que son potentiel d'anode-cathode sera suffisant pour maintenir l'arc. Par conséquent, on a pris 3 1/2 demi-périodes comme représentant le temps de fermeture pour une impulsion de soudure de 4 demi-périodes en traçant les courbes repré- sentées aux figs. 8 à 13. On a admis que l'angle d'ignition est d'environ 60 .
Pour comparer les magnitudes des impulsions de courant pour différents temps de fermeture des contacteurs @
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85 et 111, 113, on devra déterminer les magnitudes -des im- pulsions qui sont produites par la fermeture en quatre points représentatifs indiqués par les flèches A, B, C et
D sur la gauche de la fig. 8. Les flèches A, B, C, D sur la droite de cette figure représentent la terminaison des intervalles de fermeture correspondant à l'amorçage aux points de gauche A, B, C, D.
Il est à noter qu'on a supposé que les contacteurs à temps étaient au début fermés en un point A prématuré dans la première demi-période, en un point
B justement après que l'angle d'ignition est dépassé, en un point C justement avant que le potentiel de la source devienne plus petit que le potentiel d'ignition, et en un point D dans
1'angle passif de pré-zéro. Les points de droite A, B, C, D sont évidemment déplacés de 3 1/2 demi-périodes des points de gauche correspondants. Les flux de courant correspondant aux points de fermeture A, B, C, D sont tracés aux fig. 9 à 12 respectivement. Chacun de ces tracés est identifié par la lettre à laquelle il correspond.
Lorsque le temps de fermeture est en A, le flux de courant est amorcé à travers une des valves 41, 43 à l'angle d'ignition et comme ce dernier est plus grand que l'angle de facteur de puissance,-le flux de courant continue jusqu'à un point qui se présente un peu plus tôt que l'angle de facteur de puissance dans la première demi-période. Le flux de courant pendant la première demi-période de la source de courant 39 est représenté par la boucle supérieure 207 sur la gauche de la fig.9. Quand le circuit d'ignition 49-47 est une fois fermé au point 1 de gauche, il reste fermé jusqu'au point A de droite.
Par conséquent, le circuit d'ignition est fermé lorsque le potentiel d'ignition dans la seconde, troi- sième et quatrième demi-période de la source est atteint et le courant passe par les valves 41. et 43 en concordance avec les @
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boucles 209,211 et 213. Ces dernières boucles sont les mêmes que la boucle de gauche 207 et représentent des sous-impulsions de la même amplitude. Le produit de courant et de temps dans ce cas est représenté par les quatre boucles. Il faut dire en passant que l'énergie fournie pour la soudure est obtenue en intégrant le carré du courant sur tout l'intervalle pendant lequel une pulsation est fournie et en le multipliant par un facteur approprié.
Sur cette base les aires au-dessous des boucles, formées en mettant au carré les ordonnées des bou- cles tracés à la fig.9 représenteraient fort exactement l'énergie de soudure fournie. Toutefois, pour le présent but, il suffit de considérer les hauteurs et le nombre des boucles.
Lorsque le point de fermeture est en B, le flux de courant dans la première demi-période est amorcé un peu plus tard que l'occurrence de l'angle d'ignition. La boucle de courant 215 à la fig. 10 correspondant à l'amorçage du flux de courant au point B est, par conséquent, légère- ment plus petite que la boucle de courant 207 correspondant à l'amorçage à l'angle d'ignition et intercepte l'axe de temps 217 un peu plus tôt que cette dernière.
Une fois que le circuit d'ignition est fermé en B (à gauche), il reste fermé jusqu'à ce que le point B de droite soit at- teint et par conséquent le flux de courant pendant les seconde, troisième et quatrième demi-périodes est amorcé à l'angle d'ignition et les boucles correspondantes 219, 221 et 223 à la fig. 10 représentent les mêmes magnitudes que les 2ème, 3ème et 4ème boucles 209, 211 et 213 à la fig.9.
Comme l'ignition au point C se produit sensible- ment plus tard dans la première demi-période qu'aux points
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A et B, le courant correspondant est sensiblement plus faible et le flux de courant se termine aussi plus tôt de façon correspondante. Cette situation est représentée par la boucle de gauche 225 à la fig. Il. Le flux de courant pendant les 2ème, 3ème et 4ème demi-périodes pour la fermeture au point C commence de nouveau à l'angle d'ignition et, par conséquent., les boucles 227, 229 et 231 pour ces périodes sont les mêmes que les boucles correspondantes pour la fer- meture aux points A et B. La fermeture du circuit d'ignition 49-47 est terminée au point de droite C de la Sème'demi- période.
Toutefois, comme ce point se présente plus tôt que l'angle d'ignition, aucun flux de courant n'a lieu pendant la Berne demi-période.
Comme l'ignition au point D se produit à un angle dans la première demi-période, auquel le potentiel instantané est plus petit que le potentiel d'ignition, il ne passe pas de courant du tout pendant cette demi-période et il n'y a point de boucle correspondante dans la fig. 12. Le flux de courant pendant les Sème, Sème et 4ème demi-périodes pour l'ignition au point D de gauche est amorcé à l'angle d'igni- tion et par conséquent, les boucles correspondantes 233, 235 et 237 sont les mêmes que dans les autres figures. De plus, comme le point D de droite se présente justement en avant de l'angle d'ignition dans la Sème demi-période, il n'y a point de flux de courant pendant cette demi-période.
Les figs. 8 à 12 montrent des diagrammes pour le courant de soudure x en fonction de l'angle de fermeture 0( des contacteurs, qui peut être désigné comme angle d'amorçage.
La courbe 239 à la fig. 13 est tracée sur la base de ces considérations. Dans ce diagramme le courant est tracé verti- calement en unités correspondant aux boucles des figs. 8,à 12
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et l'angle d'amorçage est tracé horizontalement. L'énergie fournie pour la soudure est mesurée par l'amplitude du flux de courant (sans égard à la polarité) et le temps pen- dant lequel il passe, c'est-à-dire par le produit de courant et de temps. Par conséquent, le nombre des boucles ou parties de boucle aux figs. 9 à 12 représente la magnitude du flux de courant effectif pour la soudure.
Comme l'angle de fermeture varie de zéro jusqu'à l'angle d'ignition qui est de 60 , le flux de courant de soudure reste constant à 4 unités, comme représenté par la partie horizontale de gauche 241 de la courbe 239 de la fig. 13. A partir de l'angle d'ignition de 60 vers' la ligne verticale 205 (fig.8) qui limite l'angle passif de pré-zéro, le flux de courant diminue graduelle- ment jusqu'à 3 unités comme représenté par la partie en pente 243 de la courbe de la fig. 13. Ce décroissement s'étend sur un angle de 60 et par conséquent le flux de courant est de 3 unités au point de 120 .
Cette dernière magnitude ou amplitude de courant reste constante comme représenté par la courte partie horizontale 245 de la dite courbe jusqu'à ce que la terminaison de la période de fer- meture (points A, B, C, D de droite) s'établisse plus tard que l'angle d'ignition dans la 5ème demi-période. La durée du temps de fermeture est de 3 1/2 demi-périodes ou de 3 demi- périodes plus 90 . L'angle d'ignition est de 60 dans la Sème demi-période. Par conséquent le temps de fermeture se terminera juste à l'angle d'ignition dans la Sème demi-période si la période de fermeture commence en un point qui est de 3 demi- périodes plus 90 en arrière à partir de la 4ème demi-période plus 60 , c'est-à-dire de 30 en arrière à partir du commen- cement de la seconde demi-période ou de 150 dans la première
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demi-période.
Par conséquente à un angle de fermeture de 150 , le courant ne passe pas seulement pendant les deuxième, troi- sième et quatrième demi-périodes, mais aussi pendant la cin- quièm demi-période. Pendant cette dernière demi-période, le flux de courant commence à l'angle d'ignition et par con- séquent la sous-impulsion correspondante a la même amplitude que les sous-impulsions représentées par les boucles 233,
235 et 237 de la fig. 12. Une quatrième sous-impulsion est donc ajoutée aux trois représentées à la fig. 12, et au point de 150 le flux de courant s'élève de nouveau à
4 unités.
Le flux de courant continue alors à quatre unités comme représenté par la partie de ligne horizontale 247 de la courbe de la fig. 13, jusqu'à ce que l'angle d'ignition dans la seconde demi-période soit atteint, auquel point le flux de courant diminue à nouveau de la même manière qu'il a diminué à l'angle de 60 .
En considérant les figs. 8 à 13, on voit que l'écart maximum du flux de courant est de 85%'du flux de courant maximum. En plus, pour une fermeture des contacteurs
85 et 111, 113 sur une partie considérable de la demi-période, le flux de courant est sensiblement constant à la magnitude de quatre unités. La magnitude minimum se présente seulement pour un point de fermeture sur une partie relativement petite de la demi-période. Comme le point auquel les contacteurs sont fermés, est une pure question de hasard, les figs. 8 à 13 montrent que non seulement l'étendue de variation est limitée par les installations décrites, mais aussi que le nombre de soudures pour lequel l'écart extrême se produit est sensible- ment réduit.
L'écart peut encore être réduit davantage par un choix approprié du temps de fermeture. Le temps de 3 1/2 demi-pério- des, sur lequel sont basées les figs. 8 à 13, était choisi plus
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ou moins au hasard. Une analyse de la situation révèle que pour un angle d'ignition de 60 , le temps de fermeture devrait être un peu plus petit que 3 1/2 demi-périodes.
On a constaté que pour réaliser une alimentation de courant la plus uniforme, les contacteurs à temps de- vraient maintenir le circuit d'ignition 49-47 fermé pendant un intervalle de temps qui est inférieur au nombre de demi- périodes pendant lesquelles le courant doit passer, mais plus grand que le nombre de demi-périodes moins une plus deux fois la fraction de la demi-période qui est représentée par l'angle passif dans toute demi-période quelconque. Ainsi, si n est le nombre de demi-périodes pendant lesquelles le courant doit passer et r la fraction d'une demi-période re- présentée par l'angle d'ignition, le temps pendant lequel les contacteurs à temps 85 et 111, 113 devraient rester fermés pour une seule impulsion de courant de soudure, est plus petit que n demi-périodes, mais légèrement plus grand que n - 1 + 2r demi-périodes.
Pour une soudure à deux pé- riodes, le temps de fermeture du circuit d'ignition 49-47 devrait,par conséquent, être plus petit que 4 demi-périodes, mais plus grand ou au moins égal à 3 + 2r demi-périodes.
Comme r est dans le présent cas égal à -, le temps de ferme- ture sera de préférence de 3 2/3 demi-périodes.
La limite inférieure (n - 1) + 2r est choisie en vue d'éliminer la lacune (30 ) qui existe, comme on voit aux figs. 13 et 14, entre l'angle de fermeture, auquel du courant ne passe pas dans la première demi-période, et l'angle de fermeture pour lequel le flux de courant commence dans la Sème. demi-période. Le courant passe dans la première demi- période jusqu'à ce que l'angle de fermeture atteigne la ligne verticale 205 délimitant l'angle passif pré-zéro.
En ce point, il est désirable que du courant passe dans la @
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5ème demi-période. Pour réaliser ce but, le temps de fermeture devrait être égal à trois demi-périodes plus l'intervalle de temps représenté par l'angle passif pré-zéro, plus 1-linter- valle de temps représenté par l'angle d'ignition dans la Sème demi-période.
Cela fait 3 demi-périodes plus deux fois 60/180 ou 3 2/3 demi-périodes. En générale pour l'alimentation du courant de soudure pendant n demi-périodes, cette condition est réali- sée en faisant le temps de fermeture égal à n - 1 demi-pério- des plus la fraction d'une demi-période représentée par l'an- gle passif pré-zéro plus la fraction d'une demi-période représentée par l'angle d'ignition. Comme il a été mentionné ci-dessus, cela revient à n - 1 + 2r pour une onde sinusoïdale.
Il est à noter que si le temps de fermeture est exactement de n - 1 + 2r demi-périodes, la portion de ligne de courant à trois unités 245 de la courbe 239 de la fig.13 devient un point au lieu d'une ligne horizontale. L'examen de la fig. 13 révèle en outre que l'ordonnée du point vers lequel tombe la partie en pente 243 de la courbe, peut être élevé en augmentant le temps de fermeture au-dessus de la valeur qu'on vient de mentionner. Ceci a toutefois pour effet de faire passer le courant parfois tant pendant la première demi-période que pendant la Sème demi-période. Le flux de courant.pendant la première demi-période est toutefois dans un pareil cas relativement faible. Pour différentes situations, on aura besoin de différentstemps de fermeture.
Cependant, on a vu qu'en rendant l'angle de fermeture plus petit que n demi-périodes et plus grand que n - 1 + 2r demi-périodes, on peut réaliser sensiblement toutes conditions variant d'un semi-synchronisme relativement grossier jusqu'à un synchro- nisme presque exact. Dans l'installation représentée à la fig. 1, on peut faire varier le temps de fermeture au-delà de l'étendue nécessaire en faisant varier simplement la
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résistance de champ 63 du moteur 55. Dans l'installation de la fig. 2, on peut faire varier le temps de fermeture en faisant tourner convenablement la came 137 qui règle le soulèvement de l'armature 133 à la position désirée.
En ce qui concerne l'installation de la fig. 1, on notera en outre que parfois la première fermeture du contacteur à temps 85 se produira lorsque le balai 69 s'engage avec la bague extérieure 71 du commutateur 57 en un point intermédiaire situé entre les bornes du segment conducteur 81. Pour une condition de ce genre, le flux de courant pendant le premier intervalle de l'engagement peut évidemment continuer pendant un nombre de demi-périodes sen- siblement plus petit que celui pour lequel l'installation est établie. Toutefois, comme l'installation est destinée à être employée dans la soudure en file continue, la première pulsation de courant n'a pas de conséquence.
Bien que l'emploi d'un régulateur à temps asynchrone soit préférable dans l'installation, suivant la fig. 1, à cause du coût réduit, on peut également y employer un régulateur à temps synchrone. Un régulateur à temps de ce type peut par exemple être réalisé en substituant un moteur synchrone au moteur à courant continu 55 et en remplaçant le relais 59 et le commutateur 57 par une came mise en rotation par le moteur, cette came étant établie de façon à fermer et ouvrir le cir- cuit d'ignition 49-47 de la même manière que les contacts 85 et 87. Dans cette disposition, le moteur synchrone peut être réglé, sans nécessiter un ajustement raffiné,
de façon à fermer le circuit d'ignition quelque part dans l'angle passif et ainsi l'envoi répété d'un nombre de demi-périodes prédé- terminé de courant de soudure peut être admis. Bien entendu, un régulateur à temps synchrone du type sus-décrit peut aussi
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être utilisé pour la soudure par points s'il est convenable- ment modifié.
Dans l'exemple représenté aux figs. 8 à 13, on a supposé que l'angle d'ignition était plus grand que l'an- gle de facteur de puissance. En général, cette condition n'existera pas dans la pratique. Cependant, même si l'angle d'ignition est sensiblement plus petit que l'angle de facteur de puissance, l'étendue de variation du courant de soudure est limitée de façon satisfaisante avec les installations sus-décrites. ,
Dans les diagrammes des figs. 14 à 19, les courbes de courant pour différents angles de fermeture sont tracées pour un angle d'ignition de 30 et un angle de facteur de puissance de 45 . Dans ces diagrammes, la courbe sinusoïdale supérieure 249 représente le potentiel de source en fonction du temps.
Les lignes verticales 251 et 255 représentent les ordonnées de la courbe 249 correspondant au potentiel mi- nimum auquel l'ignition se produit. Les flèches E, F, G et H du côté gauche de la fig. 14 représentent les points de fermeture du contacteur 85 et 111, ils et les flèches E, F, G, H du côté droit représentent la terminaison du temps de fermeture pour les points correspondants sur la gauche. Dans le présent cas, le temps de fermeture est égal à 3 1/2 demi-périodes. Cela correspond, comme on le voit, à la formule dérivée ci-dessus, parce que pour le cas représenté ici, n - 1 + 2r est égal à 3 1/3 demi-période.
Pour une fermeture sensiblement prématurée dans la première demi-période comme au point E, le flux de cou- rant à travers la charge est amorcé à l'angle d'ignition et continue jusqu'à un point un peu plus en arrière que l'angle de facteur de puissance. Comme ce point se présente également plus tard que l'angle d'ignition pour la deuxième
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demi-période, le flux de courant continue maintenant pendant la deuxième demi-période et passe par zéro en un point se rapprochant de près de l'angle de facteur de puissance.
Depuis là, le flux de courant continue pendant les deux demi-périodes subséquentes avec son zéro à l'angle de facteur de puissance. Pendant la première demi-période l'amplitude du courant est plus grande que celle du cou- rant à l'état de régime constant; pendant la seconde demi- période, l'amplitude du courant est plus petite que celle de l'état de régime constant et pendant les troisième et qua- trième demi-périodes, les amplitudes du courant sont égales à la valeur de l'état de régime constant. La différence entre les amplitudes n'est toutefois pas sensible. Les quatre bou- cles 255, 257, 259 et 261 de la fig. 15 représentent le flux de courant pour le point E. Dansla fig. 16 on a tracé la cour- be de courant 263 pour une ignition plus tardive que l'angle d'ignition, mais une ignition plus précoce que l'angle de facteur de puissance.
Ici il se produit de nouveau une lé- gère onde transitoire, mais l'écart du flux de courant de- puis le flux de courant à l'état de régime constant n'est pas sensible.
La fig.17 représente graphiquement la condition atteinte lorsque l'ignition se produit juste avant le com- mencement de l'angle passif pré-zéro. Dans ce cas, il y a une petite boucle de sous-impulsion de courant 265 repré- sentée à gauche pendant la première demi-période, qui est suivie de sous-impulsions transitoires identiques à celles représentées à la fig. 15 pendant les deux demi- périodes suivantes et de deux sous-impulsions à l'état de régime constant pendant les quatrième et cinquième demi-périodes. Les dernières quatre sous-impulsions sont représentées par les quatre boucles 267, 269, 271 et 273 succédant à la petite boucle 265.
Il est . n -
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à noter que du courant passe pendant la cinquième demi-période parce que la terminaison du temps de fermeture comme repré- senté au point G se présente en un point plus tardif que le point d'ignition dans cette période.
Pour le point H, où le temps de fermeture commence dans l'angle passif pré-zéro, du courant ne passe pas pendant la première demi-période, mais passe pendant les deuxième, troisième, quatrième et cinquième demi-périodes. Le flux de courant pendant les dernières demi-périodes est le même que le flux de courant pendant les lère, 2ème, Sème et 4ème demi-périodes pour la condition dans laquelle la fermeture se produit avant le point d'ignition dans la première demi- période' (E), comme représenté à la fig. 15.
En examinant les figs. 15 à 18 on trouvera que la variation de courant telle que représentée dans ces courbes est relativement petite. A la fig. 19, le flux de courant est tracé en fonction de l'angle d'amorçage 8.
La courbe 275 qui en résulte est, dans sa forme générale, similaire à la courbe 239 de la fig. 13. Il est à noter que l'étendue d'écart est dans ce cas sensiblement plus petite que l'étendue d'écart correspondant à la courbe tracée à la fig. 13.
La forme d'exécution représentée à la fig. 20 est similaire à celle représentée à la fig. 1 sauf que le circuit d'ignition est fermé. à travers l'enroulement se- condaire 277 d'un transformateur auxiliaire 279. Le trans- formateur 279 est de préférence raccordé de façon que son potentiel secondaire est en opposition de phase avec celui fourni par la source. Comme les moyens régulateurs de temps utilisés dans la forme d'exécution suivant la fig. 20 sont les mêmes que ceux employés en fig. 1, on n'a représenté que .le contacteur mobile 85 du relais à temps mentionné plus haut..
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Lorsque le relais à temps est excité., le contacteur mobile 85 s'engage avec les contacts immobiles correspondants 87 et ferme un circuit à travers une section 281 de l'enrou- lement secondaire auxiliaire 277 délimitée par une prise de courant réglable 283. Dans ces circonstances, le potentiel imprimé aux électrodes d'ignition 49 est égal au potentiel de la source principale moins le potentiel fourni par l'en- roulement secondaire du transformateur auxiliaire 279.
Les valves sont allumées à leur tour lorsque ce potentiel atteint la valeur d'ignition.
La courbe de la fig. 21 représente graphiquement un cycle du fonctionnement de l'installation représentée à la fig. 20. La courbe sinusoïdale tracée en traits pleins 285 de plus grande amplitude représente le potentiel de la source principale, tandis que la courbe de plus petite amplitude 287 représente le potentiel fourni par le trans- formateur auxiliaire 279. La courbe tracée en pointillé 289 représente la somme algébrique des deux potentiels.
Les lignes verticales pleines 291 partant de l'axe de temps 295 vers des points sur la courbe en traits pleins 285 sont des ordonnées de cette courbe représentant des poten- tiels de la magnitude du potentiel d'ignition. Les lignes verticales pointillées 295 sont de la même hauteur que les lignes verticales pleines 291 et sont des ordonnées égales de la courbe en pointillé 289. Les lignes 295 découpent donc l'angle d'ignition effectif dans les demi-périodes de courant pour l'installation représentée à la fig. 20 tandis que les lignes 291 découpent l'angle d'ignition qui existerait sans l'emploi du transformateur auxiliaire 279.
Il est à noter que l'angle d'ignition a été .considérablement retardé du fait que le transformateur @ @
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auxiliaire 279 est intercalé. Sans l'emploi de ce transforma- teur, l'angle d'ignition est plus petit que l'angle de facteur de puissance. Avec le transformateur auxiliaire il est consi- dérablement plus grand. Par l'emploi de ce transformateur on peut donc ajuster l'angle d'ignition à une valeur désirée.
Un autre ajustement tel qu'il peut être nécessaire pour régler la chaleur produite par le courant de soudure, peut être ajouté en interposant entre le cont-àcteur de connexion de l'enroulement secondaire 277 du transformateur auxiliaire 279 et les contacts 87 un. réseau de décalage de phase. Grâce à la présence de ce réseau, la relation de phase entre les courbes 285 et 287 peut être ajustée à toute valeur quelconque autre que'simplement 1800 et, par conséquent, les points dans les demi-périodes auxquels les valves 41 et 43 sont rendues conductrices peuvent être réglés dans une large mesure.
Bien que l'invention ait été décrite ci-dessus comme étant principalement applicable dans les opérations de soudure électrique, elle a une possibilité d'application générale. Dans sa conception la plus générale, l'objet de l'invention est quelque peu analogue aux différents dispositifs qui sont employés dans l'industrie des tubes à vide élevé pour faire varier le facteur d'amplification.
L'invention vise ainsi, généralement parlé, la variation du facteur d'amplification d'une valve à décharge électrique du type à électrode d'ignition immergée.
A la fig. 22, on a représenté une installation pour le réglage du débit d'un appareil redresseur. La ligne 35, 37 alimente un transformateur 299. Une charge 297 d'un genre quelconque est alimentée à partir de ce trans- formateur 299 à travers une paire de valves à décharge électrique 301 et 303 du type à électrode d'ignition
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immergée. Chacune des valves comporte une anode 305, une cathode à mercure 307 et une électrode d'inanition 309.
Les anodes 305 des valves sont reliées aux bornes de l'enroulement secondaire 311 du transformateur d'alimenta- tion 299 et les cathodes 307 des deux valves sont reliées ensemble par un conducteur d'interconnexion. La charge 297 est raccordée, d'une part, à la partie médiane de l'enroulement secondaire 311 du transformateur et, d'autre part, à un enroulement à courant continu 313 d'une réactance saturable 315, lequel se relie à son tour au conducteur d'interconnexion des cathodes 307. Les électrodes d'ignition 309 des valves sont reliées aux enroulements secondaires 31.7 et 319 d'un transformateur auxiliaire 321 à travers leurs cathodes 307 et un enroulement à courant alternatif 323, ou 325, respectivement,
de la réactance 315. La réactance 315 est également munie d'un enroulement de sollicitation 327 alimenté directement par une source de courant continu 329 par l'intermédiaire d'un rhéostat 331. Ce rhéostat est réglé de façon que la réactance 315 soit présaturée d'une quantité prédéterminée, la polarité de la saturation étant telle qu'elle est compensée par la saturation produite par l'en- roulement à courant continu 313.
Quand le courant passant par l'enroulement à courant continu 313 de la réactance varie, la saturation de la réactance 315 varie et la réactance des enroulements à courant alternatif 323 et 325 varie également. Le potentiel imprimé aux électrodes d'ignition 309 en série avec les enroulements 323 et 325 varie donc en concordance. On peut donc obtenir tout réglage désiré de l'installation en réglant convenablement la grandeur du courant continu de sollicita- tion dans l'enroulement 327. Pour chaque réglage, la réactance
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315 absorbe une certaine partie du potentiel fourni par le transformateur auxiliaire 321. le restant de.ce potentiel est imprimé aux électrodes d'ignition 309.
Les points dans les demi-périodes de courant de la source principale, auxquels les valves 301 et 303 sont rendues conductrices ou conductives dépendent du potentiel imprimé aux électrodes d'ignition et l'allumage des valves se produit plus tôt ou plus tard suivant le courant continu passant de la source à travers la réactance.
Par conséquent, pour un réglage propre, une augmentation du courant continu passant par la charge 297 et par suite par l'enroulement de réactance 313, peut avoir l'effet que la valve 301 ou 303 dans laquelle passe du courant pendant la demi-période suivante, soit rendue conductive plus tard dans cette demi-période et que par suite un décroissement peut se produire dans le flux de courant à travers la charge.
Un décroissement du courant de charge entraîne un décroisse- ment correspondant du potentiel absorbé par la réactance et un décroissement correspondant du retard de l'allumage de la valve.
Le fonctionnement de l'installation de la fig. 22 est schématisé à la fig. 23. La courbe sinusoïdale 333 avec la plus grande amplitude représente le potentiel de la source principale. La courbe sinusoidale 335 d'amplitude intermé- diaire représente le potentiel imprimé aux électrodes d'igni- tion 309 pour un courant de charge prédéterminé. La courbe sinusoïdale 337 de la plus petite amplitude représente le potentiel imprimé aux électrodes d'ignition pour un plus grand courant de charge. Les lignes verticales 339 et 341 sont des ordonnées des dernières courbes sinusoïdales 335 et 337 d'une hauteur égale au potentiel d'ignition.
On notera que lorsque le courant de charge est élevé (courbe 337), les valves prin-
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cipales 301 et 303 sont allumées sensiblement plus tard dans leurs demi-périodes (ordonnée 341) que lorsqu'il passe un courant plus faible (courbe 335 et ordonnée 339).
Il en résulte que le flux de courant subséquent à travers les valves est sensiblement plus faible dans le dernier cas que dans le premier.
Dans les formes d'exécution susdécrites, l'inven- tion est représentée comme étant appliquée à des installa- tions dans lesquelles les valves à décharge électrique sont alimentées par des sources à courant alternatif ou périodique. L'invention s'applique égalemént bien dans les cas où les valves sont alimentées de courant continu.
Par exemple, dans des appareils d'essai, il est souvent nécessaire d'allumer une valve à décharge électrique dans un appareillage à disjoncteur de circuit ou lorsqu'un po- tentiel qui doit être mesuré atteint d'abord une magnitude prédéterminée. En utilisant l'invention dans un appareil de ce genre le potentiel qui doit être mesuré est imprimé à l'électrode d'ignition d'une valve à décharge du type à électrode d'ignition immergée. Le potentiel anode-cathode de la valve peut être fourni par une source à courant con- tinu.
La caractéristique de l'électrode d'ignition est choisie de façon que lorsque le potentiel mesuré atteint la valeur critique, la valve est rendue conductive et se bloque par elle-même dans cette condition de conductivité jusqu'avec qu'elle soit libérée par des moyens appropriés.
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