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Appareils de soudure.
L'invention concerne les appareils à décharge électrique et se rapporte particulièrement aux systèmes à minuteries élec- troniques pour le réglage du courant fourni par une source à une charge, telle qu'une soudeuse par résistance.
Jusqu'ici les soudeuses par résistance prenaient leur courant aux réseaux de courant alternatif, et à une phase seule- ment malgré le fait que tous les réseaux de courant électrique industriel sont la plupart triphasés. Cette disposition a tou- jours donné satisfaction, pour des soudures n'exigeant qu'une puissance relativement faible.
Quand l'épaisseur de la matière à souder augmente, la puissance prise au réseau croît exponentiellement. De plus, et spécialement en soudure d'acier, une composante réactive est introduite dans la charge de la soudeuse par la réactance de l'enroulement secondaire, couplé à l'acier à souder. La réactance
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du secondaire devient généralement supérieure à la résistance du secondaire, y compris la pièce à souder, de sorte que des facteurs de puissance aussi faibles que 25% sont courants. Un autre facteur à considérer en soudure de grosses pièces, exigeant des courants de soudure extrêmement élevés, est l'effet dit de peau dans le circuit secondaire, dû à la circulation de courant alternatif dans le secondaire.
Dans le cas de soixante cycles par seconde, on n'attache d'ordinaire aucune importance à l'effet de peau, mais dans le cas des courants extrêmement élevés et de la résistance extrêmement faible en continu présents dans les secondaires de transformateurs de soudure, la résistance du se- condaire est constituée en grande partie par l'effet de peau, et la résistance du circuit secondaire ne peut donc pas être abais- sée indéfiniment par les méthodes de la technique courante.Comme le courant nécessaire à une soudure est déterminé, la demande de kilowatts de la soudeuse est proportionnelle à la résistance du circuit secondaire du transformateur de soudure, ce qui veut dire forte demande en kilowatts.
La soudure monophasée est donc limitée à cause des rai- sons suivantes:
1.- Elle provoque un déséquilibre du système triphasé qui doit délivrer la puissance.
2.- Elle provoque une demande importante de kilovolts- ampères avec faible facteur de puissance.
3.- Elle provoque une forte demande de kilowatts.
Il est extrêmement intéressant de diminuer la charge en kilowatts, de manière à diminuer le prix de revient de l'opéra- tion de soudure aussi bien que le coût total d'une installation destinée à des opérations de soudure déterminées. Pour des rai- sons semblables d'économie, il est désirable que la soudeuse travaille avec un facteur de puissance élevé et constitue une charge triphasée équilibrée.
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Quand on applique à l'enroulement primaire d'un transforma- teur monophasé du courant continu, on crée dans le noyau de fer du transformateur un champ magnétique qui va en croissant jusqu'à ce que le fer soit saturé. La variation du champ magnétique in- duit une tension au secondaire du transformateur, et, par consé- quent, un courant, si le circuit secondaire est fermé. Quand le courant secondaire atteint son maximum le rapport entre courants primaire et secondaire est déterminé par le rapport des nombres de tours du transformateur, et quand on interrompt le courant primaire, le courant du secondaire diminue. Une impulsion de courant suivante peut être en sens inverse, de sorte que deux impulsions successives constituent un cycle de courant de fré- quence basse.
Ceci réduit l'effet de peau, parce que la fréquence réelle de soudure est réduite,ce qui, à son tour, diminue la conductivité du secondaire du transformateur de soudure et donc la demande en kilowatts. De plus, la réactance secondaire décroît, ce qui relève le facteur de puissance du système.
On a constaté de plus un avantage secondaire qui consiste dans le fait que l'augmentation lente du courant de soudure pro- voque une répartition plus régulière du courant dans la pièce soudée, donnant de meilleures soudures, sans échauffement local intense ni écaillage.
Le système de soudure à courant continu décrit brièvement ci-dessus, se prête bien au fonctionnement sur triphasé, le courant étant pris aux trois phases, parce que les ondes de ten- .sion chevauchent dans les différentes phases. Par conséquent le redressement d'une alternance de courants triphasés et la su- perposition de ceux-ci dans un seul secondaire de soudure pro- duit des impulsions de courant continu qui chevauchent et qui ont donc un caractère pratiquement continu, chaque phase four- nissant du courant pour 120 d'un cycle.
Les dispositifs pour le renversement du courant continu de n
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soudure, et la commande de l'amplitude de ce courant, peuvent comprendre des appareils à décharge à arc, et spécifiquement des ignitrons, connectés en parallèle et en opposition, dans les différentes phases du réseau triphasé, chaque ignitron étant commandé par un tube d'allumage auquel on applique le signal d'allumage, avec son déphasage déterminé, ce déphasage pouvant être réglable.
Des dispositifs de minuterie peuvent être prévus pour com- mander le fonctionnement du système, qui comprend la suite de toutes les opérations d'un cycle de soudure plus le réglage des temps de marche et de repos des dispositifs à décharge à arc pendant la soudure, de manière à réaliser un fonctionnement à fréquence basse avec des périodes de passage du courant choisies et réglables, c'est-à-dire en directions alternativement opposées pour des intervalles de temps déterminée dans chaque direction.
Il s'ensuit que l'application de courant triphasé à des systèmes de soudure monophasés, dans lequels le courant de soudu- re monophasé est à fréquence basse, permettra une meilleure uti- lisation de l'appareillage de soudure, donnera une soudure de qualité supérieure, et principalement permettra une construction et une exploitation plus économiques de soudeuses à grande puis- sance. L'invention a pour but de créer un tel système de soudeuse
Conformément à la présente invention, la puissance est appliquée à une charge de soudure monophasée par l'intermédiaire d'un transformateur triphasé-monophasé. La puissance est fournis par un réseau triphasé. Une paire de valves à décharge, notam- ment des ignitrons, sont connectées dos-à-dos entre une phase et une primaire du transformateur, et servent à régler et à minuter le passage du courant.
Les ignitrons sont allumés par des valves d'allumage à commande par grille, notamment des thyratrons, de manière classi- que. Ces valves reçoivent de façon continue une tension de com- mande fournie, à travers un déphaseur, par le réseau triphasé.
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Ce déphaseur sert à déterminer les temps d'allumage des valves d'allumage, et par conséquent des valves à décharge, en tenant compte des phases des tensions appliquées aux valves à décharge par le réseau.
Les valves à décharge et leurs valves d'allumage associées peuvent être groupées, chaque groupe contenant une valve à dé- charge de chacune des paires de valves mises dos à dos, et les valves de chaque groupe travaillant de façon à envoyer le courant dans la pièce à souder dans la même direction. Ainsi, les valves à décharge d'un groupe s'amorcent en cascade, à 1200 d'intervalle, jusqu'à ce que le fonctionnement du groupe soit interrompu par un signal de commande, les valves à décharge du second groupe s'amorçant l'une après l'autre, à la fin de l'allumage des val- ves formant le premier groupe, jusqu'à ce que le fonctionnement du second groupe soit interrompu à son tour.
Les valves d'allumage de chaque groupe reçoivent un poten- tiel de blocage, qui peut être appliqué aux valves d'allumage de chaque groupe séparément, au aux valves d'allumage des deux grou- pes simultanément.
De plus, chaque valve à décharge est pourvue d'une anode auxiliaire qui associée à la cathode de la valve forme, en fait, un interrupteur qui est ouvert, quand la valve à décharge n'est pas amorcée, et qui est fermé pratiquement par l'arc de décharge dans la valve, quand celle-ci est amorcée. Les circuits d'anode auxiliaire des diverses valves à décharge sont utilisés pour la commande d'un circuit spécial de verrouillage, qui constitue une caractéristique importante de la présente invention et qui est disposé comme suit.
Un transformateur spécial est associé à chaque groupe de valves à décharge, chaque transformateur comprenant deux noyaux séparés qui n'ont aucun flux magnétique commun. Le circuit cathode anode auxiliaire de chaque valve à décharge d'un groupe est con- necté aux bornes d'un enroulement auxiliaire séparé couplé en
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même temps aux deux circuits magnétiques, et deux enroulements supplémentaires sont prévus, dont l'un, dénommé enroulement pri- maire, est couplé à un des noyaux seulement, l'autre, dénommé enroulement secondaire, étant couplé uniquement à l'autre noyau.
Normalement, quand les valves à décharge associées ne sont pas conductrices, il n'y a pas de transfert d'énergie de l'enroule- ment primaire au .secondaire, ces enroulements n'ayant pas d'in- ductance mutuelle, puisque ils sont enroulés sur des noyaux iso- lés l'un de l'autre. Si, au contraire, une des valves à décharge associées s'amorce, un circuit contenant l'enroulement auxiliaire associé se ferme, couplant les deux noyaux, et l'énergie passe du primaire au secondaire, par l'intermédiaire de l'enroulement auxiliaire.
Les enroulements primaires des transformateurs spéciaux associés aux groupes de valves à décharge respectifs sont alimen- tés en permanence. L'enroulement secondaire du transformateur associé au premier groupe de valves est connecté de façon à alimenter un circuit qui développe une polarisation de mise hors service de toutes les valves d'allumage du second groupe de val- ves à décharge. L'enroulement secondaire du transformateur asso- cié au second groupe de valves est connecté de façon à alimenter un circuit qui développe une polarisation de mise hors service de toutes les valves d'allumage du premier groupe de valves à dé- charge.
Par conséquent, dès qu'une valve à décharge quelconque du premier groupe est conductrice,, aucune valve du second groupe ne peut s'allumer, et inversement, dès qu'une valve à décharge quel- conque du sedond groupe est conductrice, aucune valve du premier groupe ne peut s'allumer. Le système de la présente invention réalise donc de façon certaine l'allumage alterné des divers groupes de valves, et assure donc qu'un cycle d'allumage d'un dispositif à décharge d'un groupe doit d'abord être terminé, avant que l'allumage de l'autre groupe puisse commencer.
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Des circuits à minuteries en cascade sont prévus pour ré- gler les temps de compression, de soudure, de maintien et de repos, et un circuit spécial supplémentaire, associé au circuit d'établissement des intervalles de soudure, établit des sous- intervalles du temps de soudure, et commande les dispositifs à décharge à arc, de manière à fournir du courant de soudure en directions opposées pendant des sous-intervalles alternés.
Le temps de soudure total est déterminé par la charge d'un condensateur de temps de soudure, inséré dans le circuit de grille d'un tube à gaz de commande et servant à donner à celui-ci une polarisation de mise hors service. Un circuit auxiliaire de dé- charge est prévu; il comprend un condensateur auxiliaire dont la capacité est plus faible quenelle du condensateur de temps de soudure, et il soustrait à celui-ci des fractions successives de sa charge, jusqu'à ce qu'il soit complètement déchargé et que le tube à gaz de commande s'amorce, mettant fin au temps de soudure.
Les fractions successives de charge sont enlevées au condensa- teur de temps de soudure au moyen d'un dispositif de commande de fréquence, comprenant un tube à gaz de commande avec un circuit de minuterie de mise hors service, qui est constitué par un con- densateur de comptage et des circuits de comptage de charge et décharge séparés pour ce dernier condensateur, circuits réglables de façon indépendante. Les constantes de temps des circuits de charge et de décharge sont normalement réglées de façon que le tube de commande de fréquence ait des temps de marche et d'arrêt égaux. Ce réglage s'obtient en ajustant manuellement et séparé- ment deux potentiomètres de commande, placés l'un dans le circuit de charge, l'autre dans le circuit de décharge du condensateur de comptage.
Le circuit plaque du tube de commande est pourvu d'un relais qui, quand il est excité, ferme le circuit de charge du condensateur de comptage, et qui, quand il est déconnecté, ferme le circuit de décharge du même condensateur.
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Par conséquent, le tube de commande de fréquence est mis hors service et en service en fonction de sa propre loi de fonc- tionnement, à des intervalles réglables.
De plus, chaque fois que le relais de commande de fréquence est excité, il forme le circuit qui soustrait une fraction de la charge du condensateur de temps de soudure, de sorte qu'après un nombre déterminé de cycles de fonctionnement à fréquence basse du relais de commande de fréquence, le condensateur de temps de sou- dure est complètement déchargé, allumant le tube de commande de temps de soudure, et démarrant une opération de maintien, dans la suite des opérations.
Des contacts sont prévus qui sont alternativement fermés et ouverts par le relais de commande de fréquence, et qui servent à appliquer alternativement de l'énergie aux circuits de polarisa- tion de cut-off ou de mise hors service des valves d'allumage associées aux divers groupes de tubes à décharge à arc pour la commande du courant de soudure, ou ignitrons, appliquant un signal de mise hors service à un circuit de commande de polarisation, quand le relais de commande de fréquence est excité, et à l'autre, quand le relais de commande de fréquence est coupé. On applique ainsi à la charge de soudure un courant alternatif de fréquence basse, ou des impulsions successives de courant continu alternati- vement inversé, pratiquement en synchronisme avec les opérations du relais de commande de fréquence.
Après qu'un nombre déterminé de cycles complets de courant de soudure à basse fréquence ont traversé la charge à souder et que le tube de commande du temps de soudure s'est amorcé, des contacts se ferment qui complètent simultanément les circuits de polarisation de cut-off ou de mise hors service qui commandent les tubes d'allumage des ignitrons, empêchant tout fonctionnement ul- térieur des deux groupes d'ignitrons et mettant fin à la période de soudure.
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Une forme d'exécution préférée de l'invention est repré- sentée à titre d'exemple aux dessins annexés.
Les figures 1A et 1B réunies représentent le schéma d'un système de soudure par résistance.
La figure 2 est un schéma plus détaillé d'un transforma- teur spécial de commande utilisé dans le système des figures 1A et lE.
A la figure 1A des dessins, les références Ll, L2 et L3 désignent les lignes d'un réseau triphasé, dont les différentes phases fournissent du courant aux dispositifs à décharge à arc, tels que les ignitrons 1TU et 4TU, 2TU et 5TU, 3TU et 6TU, dispo- sés dos à dos par paires, une paire étant mise aux bornes de chaque phase, de façon à séparer les enroulements primaires 11, 12, 13 d'un transformateur T dont le secondaire unique 14 fournit le courant à une charge de soudure L.
Chacun des ignitrons 1TU-6TU est commandé par une valve d'allumage, de préférence un thyratron, 1CT-6CT, respectivement, mise en série entre l'anode et l'igniteur de l'ignitron associé, de sorte que l'amorçage d'un thyratron quelconque provoque l'amor çage de l'ignitron associé.
La tension d'allumage est appliquée aux grilles de comman- de des thyratrons 1CT-6CT à travers les transformateurs 1T-6T, respectivement, qui sont reliés aux lignes Ll, L2, L3 par l'in- termédiaire d'un déphaseur variable PS. Celui-ci sert à faire varier la phase des tensions appliquées aux grilles de commande - des thyratrons respectifs 1CT-6CT, par rapport aux tensions ap- pliquées à leurs anodes directement par les lignes Ll, L2. L3, de manière à faire varier les moments d'amorçage des thyratrons
1CT-6CT, et des ignitrons 1TU-6TU, ainsi que la puissance moyenne fournie à la charge de soudure L.
Il est évident que les ignitrons 1TU-6TU peuvent être remplacés par d'autres types de valves à décharge, tels que des ,thyratrons, dans le cas de charges de soudure relativement légè-
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res, et que l'on peut utiliser à la place des thyratrons 1CT- 6CT, des valves quasi ou purement électroniques, si le courant d'amorçage nécessaire est suffisamment faible.
Une commande supplémentaire est prévue dans le circuit de commande de grille de chacun des thyratrons 1CT-6CT, comprenant, dans chaque cas, un circuit de polarisation avec une combinaison en parallèle d'une résistance RI et d'un condensateur Cl, aux bornes desquels est mis un redresseur RX, les différents redres- seurs RX recevant leur courant de transformateurs 7T-12T associés respectivement aux thyratrons 1CT-6CT. Si un quelconque des transformateurs 7T-12T est excité, le redresseur connecté aux bornes du secondaire du transformateur développe une tension de polarisation de cut-off pour le thyratron 1CT-6CT associé, empê- chant l'allumage de celui-ci à la suite de la tension d'allumage produite par les transformateurs d'amorçage 1T-6T, respectivement.
Dans le système de la présente invention, les ignitrons de groupe 1TU, 2TU et 3TU doivent être amorcés en cascade, en un temps donné, après quoi ceux du groupe 4TU, 5TU et 6TU doivent être amorcés en cascade, à leur tour, en un temps équivalent.
Conformément à l'invention un verrouillage est prévu qui est ac- tionné en réponse à l'allumage d'un groupe quelconque d'igni- trons, et qui empêche l'allumage de l'autre groupe d'ignitrons.
Dans ce but, l'invention prévoit à l'intérieur de chaque igni- tron 1TU-6TU, une anode auxiliaire 15 qui peut donner du courant quand, et uniquement quand l'ignitron dont elle fait'partie est conducteur. Des enroulements de commande séparés 16, 17 et 18 d'un transformateur 13T sont connectés entre les anodes auxiliai- res et les cathodes des ignitrons 1TU, 2TU et 3TU respective- ment; et des enroulements de commande différents 19,20 et 21 d'un autre transformateur 14T sont connectés entre les anodes auxiliaires et les cathodes des ignitrons 4TU, 5TU et 6TU, respec- tivement.
Le courant alternatif est fourni aux transformateurs
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13T et 14T par l'intermédiaire des enroulements primaires respec- tifs 22 et 23, qui sont connectés en parallèle à des bornes 24, 25 reliées en permanence à une des trois phases, comme il sera décrit plus en détail par après. Un enroulement secondaire 28 associé au transformateur 14T, fournit du courant aux transfor- mateurs 7T, 8T et 97, en parallèle entre eux par les lignes 27 et 28. Cependant, le courant ne passe du primaire 23 au secondaire 26 du transformateur 14T, que si le courant circule dans un des enroulements de commande 19, 20, 21, pour des raisons exposées ci-aprè s.
Alternativement, quand un des ignitrons 1TU, 2TU ou 3TU, est conducteur, son anode auxiliaire 15 envoie du courant dans un enroulement de commande associé 16, 17 ou 18 du transformateur 13T, ce qui permet le transfert d'énergie du primaire 22 au se- condaire 29 du transformateur 13T, et, en conséquence, l'alimen- tation des transformateurs 10T, 11T et 12T associés aux thyra- trons 4CT, 5CT et 6CT, respectivement, pour la formation de tensions de polarisation de mise hors service des thyratrons 4CT, 5CT et 6Ct. de façon à empêcher tout allumage des ignitrons 4TU, 5TU et 6TU.
La commande du transfert d'énergie du primaire 23 au se- condaire 26 du transformateur 14T, dépend des facteurs suivants.
Les enroulements 23, 19, 20 et 21 'sont placés sur un noyau com- mun 30, de sorte qu'ils sont tous couplés magnétiquement entre eux. L'enroulement 26 est placé sur un noyau indépendant 31, qui est couplé aussi aux enroulements 19,20 et 21. Par conséquent, si tous les enroulements 19,20 et 21 sont déconnectés, il n'exis- te aucun couplage magnétique entre les enroulements 23 et 26, puisque ces deux derniers enroulements sont montés sur deux noyaux tout-à-fait séparés n'ayant aucune influence magnétique l'un sur l'autre.
Si, au contraire, un des circuits contenant les enroulements 19, 20, 21 se ferme, un circuit magnétique s'établit entre les noyaux 30 et 31, par l'intermédiaire d'un des enroule-
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ments communs 19, 20 ou 21, et par conséquent entre l'enroule- ment primaire 23 et le secondaire 26.
Le circuit contenant l'un ou l'autre des enroulements 19, 20 et 21 ne peut se fermer que lorsqu'un des ignitrons 4TU, 5TU ou 6TU est conducteur, et, par conséquent, l'allumage d'un des ignitrons 4TU, 5TU ou 6TU est accompagné de la formation d'un potentiel de polarisation de cut-off appliqué en même temps aux trois thyratrons 1CT, 2CT et 3CT.
Inversement, par un raisonnement analogue, l'allumage d'un des ignitrons 1TU-3TU est accompagné de la formation d'un poten- tiel de polarisation de eut-off appliqué en même temps aux trois thyratrons 4CT, 5CT et 6CT, ce qui met les ignitrons 4TU, 5TU et 6TU hors service.
Ainsi, un réel système de verrouillage est établi, compre- nant les transformateurs 13T et 14T, qui empêche l'allumage de n'importe quel ignitron 1TU, 2TU ou 3TU, quand n'importe lequel des ignitrons 4TU, 5TU et 6TU est conducteur, et vice-versa.
En se reportant spécialement à la figure 2, on y trouve un schéma simplifié du transformateur 14T de la figure 1A, montrant les noyaux séparés 30 et 31, et les enroulements de commande 19, 20 et 21, couplés tous trois aux deux noyaux 30 et 31, ainsi qu'un chemin pour le transfert d'énergie du primaire 23 au se- condaire 26, quand et uniquement quand le circuit contenant un des enroulements de commande 19, 20 ou 21, est fermé. Le trans- formateur 13T est identique au transformateur 14T et ne demande pas d'explication.
Revenant à la figure 1B des dessins, l'enroulement pri- maire 32 d'un transformateur 15T, connecté aux bornes d'une pha- se du réseau triphasé Ll, L2, L3, fournit de la tension de com- mande au système, par l'intermédiaire d'une paire d'enroulements secondaires 33 et 34.
Un des secondaires, 33, fournit du courant¯ alternatif directement aux lignes 24, 25 pour alimenter les pri- maires 22 et 23 des transformateurs 13T et 14T, chaque fois que
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de la puissance est disponible dans le réseau triphasé Ll, L2 et L3. De plus, quand le secondaire 33 est alimenté., du courant est envoyé du relais TD qui enclenche à la première excitation, fermant des contacts normalement ouverts TD1 après un retard in- troduit par le dash-pot D, fermeture qui provoque l'envoi de cou- rant à la ligne '35, qui reste cependant ouverte à l'endroit des contacts 36.
L'enroulement secondaire 34 du transformateur 15T appli- que de la tension à divers circuits de commande en cascade et tubes de commande thyratrons, qui règlent la suite des opérations du système de soudure. Une partie 37 du secondaire 34 à prise médiane est connectée dans un circuit série contenant une résis- tance de chute de tension R@, un potentiomètre réglable 1P, une autre résistance de chute de tension R3 et aboutissant à la prise 38 du secondaire 34. Le curseur 39 du potentiomètre 1P est connecté par une paire de résistances série R4 et R5, des con- tacts normalement fermés 40 et une autre résistance de chute de tension R6, à une autre extrémité 41 de l'enroulement secondaire 34.
Le point commun aux résistances R4 et R5 est relié, par l'intermédiaire d'un circuit de comptage formé d'une résistance R7 et d'un condensateur C7 en parallèle, à la grille de commande 42 d'un tube de commande à gaz, 7CT, dont la cathode 43 est re- liée directement à la prise médiane 38 du secondaire 34 du trans- formateur 15T. Le condensateur C7 est chargé par conduction de grille, maintenant la grille 42 négative et le thyratron 7CT non conducteur. La charge totale du condensateur est une fonction du réglage du potentiomètre 1P, puisque celui-ci détermine la tension de charge du condensateur C7.
La fermeture, à la main ou au pied, du commutateur de démarrage FS, ferme un circuit contenant le relais 5CR et pas- sant par la ligne 44, les relais normalement fermés 45 du re- lais 10TD, pour aboutir à la prise médiane 38 du secondaire 34, via les lignes 46 et 47. Le relais 5CR enclenche, établissant,
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pour lui-même, un circuit de maintien par les contacts 48, et ferme des circuits d'anode passant par les contacts 49 et la ligne 50 et en plus, pour le thyratron 7CT, par la bobine du relais 7TD, pour le thyratron 8CT par le relais 8TD, et pour le thyratron 9CT par le relais 9TD.
Simultanément, les contacts 40 s'ouvrent, enlevant la tension de charge du condensateur C7 et permettant à celui-ci de se décharger dans la résistance R7, Après un temps déterminé, le potentiel de la grille 42 monte à une valeur telle que le thyratron 7CT s'allume.
Le temps de décharge du condensateur C7 constitue la pé- riode de "compression" du système, l'intervalle entier de "compression" étant déterminé par le réglage du potentiomètre 1P, et étant achevé au moment de 1' allumage du thyratron 7CT et du fonctionnement de relais y associé.
L'allumage du thyratron 7CT provoque l'excitation du re- lais 7TD, qui enclenche et ferme un circuit contenant le relaies 6CR, par les contacts 51. Les relais 7TD et 6CR restent excités pendant toute la suite des opérations. L'excitation du relais 6CR ouvre les contacts normalement fermés 52 qui se trouvent dans le circuit de grille du thyratron 8CT, ce circuit s'in- terrompant donc.
'Simultanément, les contacts normalement ouverts 36 du re- lais 7TD se ferment, complétant le circuit d'excitation du re- lai-s 1CR, qui enclenche, ouvre les contacts normalement fermés 54 et 55, et isole donc les paires de lignes 24, 56 et 24, 57 qui alimentent respectivement les transformateurs 7T, 8T, 9T et 10T, 11T, 12T en potentiel de mise hors service ainsi que leurs redresseurs associés RX, ce qui maintient tous les ignitrons 1TU-6TU non conducteurs, aussi longtemps que le thyratron 7CT ne s'est pas amorcé, impliquant l'excitation de la bobine du relais 7TD et la fermeture des contacts 36.
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Simultanément, les contacts normalement ouverts 58 asso- clés au relais 6CR se ferment, établissant un circuit pour la cathode du thyratron 9CT. Celui-ci devient immédiatement conduc- teur, excitant le relais 9TD qui enclenche, fermant les contacts normalement ouverts 59 et complétant un circuit partant du se- condaire 33 et passant par les lignes 24 et 56, d'ou: partent des lignes de dérivation 60 et 61 allant aux primaires des transfor- mateurs 7T, 8T et 9T. Ceux-ci alimentent en courant les cir- cuits de grille des thyratrons 1CT, 2CT et 3CT de façon que ceux- ci soient bloqués et empêchent les ignitrons 1TU, 2TU et '3TIJ de s'allumer.
Pendant ce temps, les ignitrons 4TU, 5TU et 6TU sont conducteurs, aucune tension de blocage n'étant appliquée aux tubes d'allumage associés 4CT, 5CT et 6CT, parce que les contacts 62 sont maintenant ouverts et que les lignes 57, qui complètent un circuit d'alimentation pour les transformateurs générateurs de tension de mise hors service 10T, 11T et 12T, sont isolées.
Un circuit potentiométrique comprenant, en série, un po- tentiomètre 8P et une résistance de chute de tension 8R1, est connecté entré les lignes L4 et 46, et donc aux bornes de la section 37 du 'secondaire 34 du transformateur 15T. Le curseur 63 du potentiomètre 8P et donc porté à un potentiel déterminé par le réglage de ce curseur. Celui-ci est de plus relié par une paire de résistances 8R2 en série, aux contacts normalement fermés 52, et de là aux contacts normalement fermés 64 associés au relais 8TD, puis, via la ligne 60, à l'extrémité 41 du secondaire 34.
La tension présente au point de jonction des résistances 8R2 est appliquée de façon à charger le condensateur de temps de soudure 8C1 par conduction de grille dans le thyratron 8CT, la charge du condensateur 8C1 étant de polarité telle que la grille du thyratron 8CT est maintenue négative, et que le thyratron lui- même est maintenu non conducteur.
Le condensateur 8CI a une capa- cité considérable, et agit comme un réservoir de charge qui trans-
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m et des fractions de sa charge à une condensateur de plus faible capacité 8C2 par l'intermédiaire d'une résistance 8R3, en réponse à la fermeture de contacts normalement ouverts 65 du relais 9TD, le condensateur 8C2 se déchargeant lui-même dans la résistance 8R3 et des contacts normalement fermés 66, quand le relais 9TD est déconnecté. La résistance 8R3 et le condensateur 8C2 sont petits, de sorte que chaque décharge partielle de 8C1 se fait en un temps très court (pratiquement instantanément).
Au début d'une période complète de soudure, c'est-à-dire quand les relais 7TD et 6CR enclenchent, le tube 8CT est mis hors service, et le condensateur 8C1 est chargé à une tension déter- minée par le réglage du curseur 63 du potentiomètre 8P. La pério- de totale de soudure se termine par la décharge du condensateur 8C1 à un niveau nécessaire pour permettre l'amorçage du thyratron 8CT, et ce temps est déterminé par les capacités relatives des condensateurs 8C1 et 8C2 et par le potentiel total de départ du condensateur 8C1.
Le condensateur 8C1 se décharge par fractions successives, à fréquence relativement basse, ces cycles fraction- naires étant déterminés par l'enclenchement et le déclenchement du relais de commande de fréquence 9TD entraînant la fermeture et l'ouverture des contacts 65, et, comme conséquence, l'ouverture et la fermeture des contacts 66. Chaque fois que les contacts 65 se ferment, une partie de la charge du condensateur 8CI s'écoule dans le condensateur 8C2 dont la capacité est relativement petite, et chaque fois que les contacts 66 se ferment, le condensateur 8C2 se décharge dans sa résistance associée 8R3. en vue d'un cycle de charge suivant.
Après un nombre déterminé de telles opérations, qui se suivent à une fréquence donnée par des circuits de minuterie établis dans les circuits de grille du thyratron 9CT, le conden- sateur 8C1 est entièrement déchargé, et le thyratron 8CT s'allu- , me, mettant fin à la période totale de soudure. Pendant les dif-
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férents enclenchements et déclenchements du relais 9TD, des groupes alternés d'ignitrons 1TU, 2TU, 3TU, et 4TU, 5TU, 6TU, fournissent le courant à la pièce à souder, en directions oppo- sées, comme il ressortira clairement au fur et à mesure de l'ex- posé.
La durée et la fréquence des périodes de soudure sont dé- terminées par le fonctionnement du relais 9TD, du thyratron 9CT, et un circuit de minuterie de marche et d'arrêt contenant un con- densateur 9C inséré dans le circuit de grille du thyratron 9CT.
Le courant de charge pour le condensateur de comptage 9C inséré dans le circuit de grille du thyratron 9CT, est fourni par l'enroulement secondaire 69 d'un transformateur 16T, par l'inter- médiaire des contacts normalementouverts 67 du relais 9TD,la charge se faisant par le potentiomètre 9P1 et par conduction de grille dans le thyratron 9CT, quand celui-ci est conducteur. Le temps total de charge du condensateur 9C est donc déterminé par le réglage du potentiomètre 9P1 Quand le condensateur 9C s'est chargé pendant un temps suffisamment long, la grille du thyra- tron 9CT devient polarisée négativement, en dessous de sa valeur critique, et à la demi-période négative suivante de la tension appliquée au thyratron 9CT, celui-ci se désamorce. Le relais 9TD déclenche alors, ouvrant les contacts 67 et fermant les contacts
68.
Le condensateur 9C, de ce fait, se décharge dans le poten- tiomètre 9P2 via les contacts 68 actuellement fermés, jusqu'à ce que le potentiel de la grille du thyratron 9CT soit remonté à un niveau suffisant pour réamorcer celui-ci. Normalement, les réglages des potentiomètres 9P1 et 9P2 peuvent être tels que les périodes de charge et de décharge du condensateur 9C soient éga- les, de sorte que les moitiés de périodes du temps de soudure établies par le relais 9TD seront équivalentes. Les durées de ces demi-périodes, et donc la fréquence des cycles de soudure, peuvent être ajustées par le réglage solidaire des deux potentiomètres 9P1 et 9P2.
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Ces potentiomètres sont réglés de telle sorte que le re- lais 9TD reste dans ses positions enclenchée et déclenchée pen- dant des intervalles déterminée par la fréquence de soudure dé- sirée. Durant ces intervalles d'enclenchement et de déclenchement, chaque groupe d'ignitrons 1TU, 2TU et 3TU, et 4TU, 5TU et 6TU, respectivement, est conducteur à son tour. Les intervalles d'en- clenchement et de déclenchement sont choisis de telle façon que les trois tubes de chaque groupe soient conducteurs un même nom- bre de fois. A la fin de la période totale de soudure, le relais 9TD déclenche, ce qui met fin à un intervalle d'enclenchement. A ce moment, le condensateur 8CI décharge dans le condensateur 8C2 et le tube 8CT devient conducteur.
Comme le condensateur 8Cl se décharge pratiquement instantanément, le tube 8CT devient conduc- teur dès que le relais 9TD déclenche et le courant passant dans les ignitrons est immédiatement interrompu. Le temps qui s'écoule entre le dernier déclenchement du relais 9TD et l'ouverture des circuits d'allumage des ignitrons est tellement court que les circuits d'allumage des ignitrons du groupe non conducteur sont interrompus avant que le dernier ignitron du groupe conducteur devienne non conducteur.
Pendant que les contacts 68 s'ouvrent et se ferment alter- nativement, et que simultanément les contacts 67 se ferment et s'ouvrent, établissant les sous-intervalles de la période de sou- dure, les contacts 65 et 66 travaillent à enlever successivement des fractions de charge de la charge totale du condensateur de temps de soudure 8CI et les contacts 59 et 62 se ferment alter- nativement pour provoquer l'allumage, l'un après l'autre, des groupes d'ignitrons 1TU, 2TU, 3TU et 4TU, 5TU, 6TU, en complétant alternativement des circuits allant du secondaire 38 du transfor- mateur 15T aux lignes 56 et 57.
Après la décharge complète du condensateur de période totale de soudure 8C1, le thyratron 8CT s'allume, enclenchant le relaie 8T
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Les contacts 70 s'ouvrent, fermant les contacts 54 et 55 et éta- blissant par les lignes 56 et 57 une polarisation de mise hors service simultanément pour tous les thyratrons 1CT-6CT, de façon 8. mettre fin au transfert de courant à la charge de soudure par celui des ignitrons 1TU-6TU qui s'est amorcé le dernier, tout en empêchant le réallumage de tous les ignitrons, ensuite.
En plus, les contacts 72 du relais 8DT s'ouvrent, inau- gurant une période de maintien, en amorçant la décharge d'un cir- cuit de minuterie dans le circuit de grille du thyratron 10CT, et les contacts 64 du relais 8TD s'ouvrent, interrompant le cir- cuit de charge du condensateur 8C1, et maintenant ainsi le tube 8CT conducteur.
Le condensateur 10C dans le circuit de grille du thyratron 10CT est normalement chargé par un potentiomètre 10P qui établit un potentiel de charge pour le condensateur 10C. La condition normale du thyratron 10CT est d'être non conducteur, aussi long- temps que les contacts de relais 72 de 8TD restent fermés.
Quand les contacts de relais 72 s'ouvrent, à la fin d'une période de soudure, le circuit de charge est interrompu et le condensateur 10C se décharge dans la résistance 10R. Après un intervalle déter- miné par la constante de temps du circuit comprenant 10C et 10R, et par le réglage du potentiomètre 10P, la grille du thyratron 10CT atteint son potentiel d'amorçage et le thyratron 10CT devient conducteur, excitant le relais 10TD
L'excitation du relais 10TD ouvre les contacts 45, inter- rompant la ligne 44 et déconnectant le relais 5CR. Les contacts 49 se rouvrent alors, interrompant la ligne 50 et enlevant le poten- tiel des plaques des thyratrons de commande 7CT, 8CT, 9CT.
Le po- tentiel de plaque pour le tube de commande 10CT est maintenu, au contraire, par un circuit passant par les contacts normalement fermés 75 et la lame 77 d'un commutateur à deux positions 78, la ligne 83, pour aboutir au secondaire 34 du transformateur 15T.
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Simultanément, les contacts 80 du relais 10TD s'ouvrent, écartant le potentiel de charge du circuit de minuterie 11C, 11R dans le circuit de grille du thyratron de "repos" 11CT, inau- gurant un temps de "repos". Au même moment, les contacts 82 du relais 10TD s'ouvrent, interrompant le circuit de charge du cir- cuit de minuterie 10C, 10R en un nouveau point, de manière à compenser la fermeture des contacts 72 du relais 8TD qui est dé- sexcité par la disparition de potentiel à la plaque du thyratron 8CT.
A la fin du temps de "repos", le thyratron 11CT s'allume, enclenchant le relais 11TD et coupant les contacts 75, interrom- pant ainsi son propre circuit de plaque et celui du tube de main- tien 10CT, et les deux tubes deviennent non conducteurs.
Le commutateur à deux positions 78 sert à court-circuiter le commutateur de démarrage FS, en établissant un circuit pas- sant par la ligne 83 pour les thyratrons de commande 10CT et 11CT et leurs relais associés 10TD et 11TD quand ils e trouvent dans la position indiquée, et en fournissant de la tension au circuit de maintien comprenant le thyratron 10CT et le relais 10TD, à l'exclusion du relais de "repos"11TD et du thyratron 11CT quand ils se trouvent dans la situation opposée. Quand le commutateur 78 se trouve dans la position indiquée, le système fonctionne alors à cycles répétés, tandis que s'il se trouve dans l'autre position, le système est prévu pour des soudures uniques ou pour un fonctionnement sans répétition.
La dernière forme de travail n'exige pas de temps de "repos", et chaque opération de soudure exige à nouveau la fer- meture du commutateur de démarrage FS. Le fonctionnement à répé- titions exige une période de "repos" entre la période de "maintien" et la période de "compression".
Quoique l'invention ait été décrite comme une application à un système de soudure, elle peut, dans son aspect le plus éten-
A
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du, être utilisée comme un système réglable de transfert de puis- sance d'une source triphasée à une charge monophasée et, de plus, comme un convertisseur de fréquence pour transfomrer la fréquence d'une source en une fréquence plus bas-se dont la valeur peut être choisie à volonté. Divers types de tubes peuvent remplacer les dispositifs à décharge électroniques décrits et des modifications peuvent être apportées aux dispositifs de circuit particuliers représentés, qui restent dans l'esprit des principes de l'inven- tion exposés dans la forme d'exécution de l'invention décrite ici.
REVENDICATIONS
1) Système de minuteries pour régler le transfert de cou- rant d'une source triphasée à une charge monophasée, spécialement destiné aux soudeuses par résistance, comprenant un premier groupe de dispositifs à décharge à arc connectés chacun, de ma- nière à régler le passage de courant, entre une phase de la sour- ce triphasée et une charge monophasée, de manière à fournir à cette charge du courant d'une polarité ; un second groupe de dis- positifs à décharge à arc connectés en parallèle mais en opposi- tion par rapport au premier groupe, de façon à fournir à la char- ge du courant de la polarité opoosée; un dispositif de minuterie pour rendre, de façon répétée et alternativement, le premier et le second groupes de dispositifs à décharge à arc non conducteurs;
et un dispositif pour rendre les deux groupes de dispositifs à décharge à arc simultanément non conducteurs, après un nombre dé- terminé d'opérations complètes répétées du dispositif de minute- rie précité.
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Welding apparatus.
The invention relates to electric discharge apparatus and particularly relates to systems with electronic timers for adjusting the current supplied from a source to a load, such as a resistance welder.
Until now, resistance welders have taken their current from alternating current networks, and from one phase only, despite the fact that all industrial electrical current networks are mostly three-phase. This arrangement has always given satisfaction, for welds requiring only a relatively low power.
When the thickness of the material to be welded increases, the power taken from the network increases exponentially. In addition, and especially in steel welding, a reactive component is introduced into the welder load by the reactance of the secondary winding, coupled to the steel to be welded. Reactance
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of the secondary typically becomes greater than the resistance of the secondary including the workpiece, so power factors as low as 25% are common. Another factor to consider in welding large parts, requiring extremely high welding currents, is the so-called skin effect in the secondary circuit, due to the flow of alternating current in the secondary.
In the case of sixty cycles per second, usually no importance is attached to the skin effect, but in the case of the extremely high currents and extremely low continuous resistance present in the secondaries of welding transformers, the resistance of the secondary is formed in large part by the skin effect, and the resistance of the secondary circuit cannot therefore be lowered indefinitely by the methods of the current technique. As the current required for a weld is determined , the welder's demand for kilowatts is proportional to the resistance of the secondary circuit of the welding transformer, which means high demand in kilowatts.
Single-phase welding is therefore limited for the following reasons:
1.- It causes an imbalance of the three-phase system which must deliver power.
2.- It causes a high demand for kilovolts-amps with low power factor.
3.- It causes a strong demand for kilowatts.
It is extremely advantageous to reduce the load in kilowatts, so as to reduce the cost price of the welding operation as well as the total cost of an installation intended for determined welding operations. For similar reasons of economy, it is desirable that the welder work with a high power factor and constitute a balanced three phase load.
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When direct current is applied to the primary winding of a single phase transformer, a magnetic field is created in the iron core of the transformer which increases until the iron is saturated. The variation of the magnetic field induces a voltage at the secondary of the transformer, and therefore a current, if the secondary circuit is closed. When the secondary current reaches its maximum, the ratio between primary and secondary currents is determined by the ratio of the number of turns of the transformer, and when the primary current is interrupted, the secondary current decreases. A following current pulse may be in the opposite direction, so that two successive pulses constitute a low frequency current cycle.
This reduces the skin effect, because the actual frequency of soldering is reduced, which in turn decreases the conductivity of the secondary of the solder transformer and hence the demand for kilowatts. In addition, the secondary reactance decreases, which increases the power factor of the system.
A secondary advantage has also been observed which consists in the fact that the slow increase in the welding current causes a more even distribution of the current in the welded part, giving better welds, without intense local heating or chipping.
The DC soldering system described briefly above lends itself well to three-phase operation, with current taken from all three phases, because voltage waves overlap in the different phases. Consequently, the rectification of an alternation of three-phase currents and the superposition of these in a single solder secondary produces direct current pulses which overlap and which therefore have a practically continuous character, each phase providing of current for 120 of a cycle.
The devices for reversing the direct current of n
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welding, and the control of the amplitude of this current, can include arc discharge devices, and specifically ignitrons, connected in parallel and in opposition, in the different phases of the three-phase network, each ignitron being controlled by a tube d ignition to which the ignition signal is applied, with its determined phase shift, this phase shift possibly being adjustable.
Timer devices can be provided to control the operation of the system, which includes the continuation of all the operations of a welding cycle plus the adjustment of the on and off times of the arc discharge devices during welding, so as to achieve low frequency operation with selected and adjustable current flow periods, that is to say in alternately opposite directions for time intervals determined in each direction.
It follows that the application of three-phase current to single-phase welding systems, in which the single-phase welding current is at low frequency, will allow better use of the welding apparatus, will give a quality weld. higher, and mainly will allow more economical construction and operation of high-power welders. The invention aims to create such a welder system
In accordance with the present invention, power is applied to a single phase weld load through a three phase to single phase transformer. The power is supplied by a three-phase network. A pair of discharge valves, including ignitrons, are connected back to back between a phase and a primary of the transformer, and are used to regulate and time the flow of current.
Ignitrons are ignited by gate-operated ignition valves, including thyratrons, in a conventional manner. These valves continuously receive a control voltage supplied, through a phase shifter, by the three-phase network.
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This phase shifter is used to determine the ignition times of the ignition valves, and therefore of the discharge valves, taking into account the phases of the voltages applied to the discharge valves by the network.
The discharge valves and their associated ignition valves can be grouped, each group containing one discharge valve from each of the pairs of valves placed back to back, and the valves of each group working so as to send the current into the outlet. workpiece in the same direction. Thus, the discharge valves of one group are initiated in cascade, at 1200 intervals, until the operation of the group is interrupted by a control signal, the discharge valves of the second group priming. one after the other, at the end of the ignition of the valves forming the first group, until the operation of the second group is in turn interrupted.
The ignition valves of each group are given a blocking potential, which can be applied to the ignition valves of each group separately, or to the ignition valves of both groups simultaneously.
In addition, each discharge valve is provided with an auxiliary anode which associated with the cathode of the valve, in effect, forms a switch which is open, when the discharge valve is not primed, and which is substantially closed by. the discharge arc in the valve, when the latter is initiated. The auxiliary anode circuits of the various discharge valves are used for the control of a special interlock circuit, which constitutes an important feature of the present invention and which is arranged as follows.
A special transformer is associated with each group of discharge valves, each transformer comprising two separate cores which have no common magnetic flux. The auxiliary anode cathode circuit of each discharge valve in a group is connected to the terminals of a separate auxiliary winding coupled in
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at the same time to the two magnetic circuits, and two additional windings are provided, one of which, called the primary winding, is coupled to one of the cores only, the other, called the secondary winding, being coupled only to the other core.
Normally, when the associated discharge valves are non-conductive, there is no transfer of energy from the primary to the secondary winding, these windings having no mutual inductance, since they. are wound on cores isolated from each other. If, on the contrary, one of the associated discharge valves initiates, a circuit containing the associated auxiliary winding closes, coupling the two cores, and the energy passes from the primary to the secondary, via the auxiliary winding. .
The primary windings of the special transformers associated with the respective discharge valve groups are permanently energized. The secondary winding of the transformer associated with the first group of valves is connected so as to supply a circuit which develops an out-of-service bias for all of the ignition valves of the second group of unloading valves. The secondary winding of the transformer associated with the second group of valves is connected so as to supply a circuit which develops an out-of-service bias of all the ignition valves of the first group of unloaded valves.
Consequently, as soon as any discharge valve of the first group is conductive, no valve of the second group can turn on, and conversely, as soon as any discharge valve of the second group is conductive, no valve. of the first group cannot light up. The system of the present invention therefore performs with certainty the alternating ignition of the various groups of valves, and therefore ensures that an ignition cycle of a discharge device of a group must first be completed, before ignition of the other group can begin.
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Cascade timer circuits are provided to set the compression, solder, hold and rest times, and an additional special circuit, associated with the solder interval setting circuit, establishes sub-intervals of the time. welding, and controls the arc discharge devices, so as to supply welding current in opposite directions during alternating sub-intervals.
The total solder time is determined by the charge of a solder time capacitor, inserted into the gate circuit of a control gas tube and used to give the latter a switch-off bias. An auxiliary discharge circuit is provided; it includes an auxiliary capacitor whose capacity is lower than the welding time capacitor, and it subtracts successive fractions of its charge from it, until it is completely discharged and the gas tube of command starts, ending the welding time.
The successive fractions of charge are removed at the weld time capacitor by means of a frequency control device, comprising a control gas tube with an off timer circuit, which is constituted by a con- trol. counting densifier and separate charge and discharge counting circuits for the latter capacitor, independently adjustable circuits. The time constants of the charge and discharge circuits are normally set so that the frequency control tube has equal on and off times. This adjustment is obtained by manually and separately adjusting two control potentiometers, one placed in the load circuit, the other in the discharge circuit of the counting capacitor.
The plate circuit of the control tube is provided with a relay which, when energized, closes the charging circuit of the counting capacitor, and which, when disconnected, closes the discharge circuit of the same capacitor.
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Therefore, the frequency control tube is switched off and on according to its own law of operation at adjustable intervals.
In addition, each time the frequency control relay is energized, it forms the circuit which subtracts a fraction of the capacitor charge from the soldering time, so that after a specified number of cycles of low frequency operation of the relay frequency control, the weld time capacitor is fully discharged, turning on the weld time control tube, and starting a hold operation, in the following operations.
Contacts are provided which are alternately closed and opened by the frequency control relay, and which serve to alternately apply energy to the cut-off or de-service bias circuits of the ignition valves associated with the switches. various groups of arc discharge tubes for controlling welding current, or ignitrons, applying a turn off signal to one bias control circuit, when the frequency control relay is energized, and to the other, when the frequency control relay is cut off. A low frequency alternating current, or successive pulses of alternately inverted direct current, is thus applied to the solder load, substantially in synchronism with the operations of the frequency control relay.
After a set number of complete cycles of low frequency solder current have passed through the load to be soldered and the solder time control tube has ignited, contacts close that simultaneously complete the cut bias circuits. -off or deactivation which control the ignitron ignition tubes, preventing any further operation of the two ignitron groups and ending the welding period.
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A preferred embodiment of the invention is shown by way of example in the accompanying drawings.
Figures 1A and 1B together represent the diagram of a resistance welding system.
Figure 2 is a more detailed diagram of a special control transformer used in the system of Figures 1A and 1E.
In Figure 1A of the drawings, the references L1, L2 and L3 designate the lines of a three-phase network, the different phases of which supply current to arc discharge devices, such as ignitrons 1TU and 4TU, 2TU and 5TU, 3TU and 6TU, arranged back to back in pairs, a pair being connected to the terminals of each phase, so as to separate the primary windings 11, 12, 13 of a transformer T whose single secondary 14 supplies the current to a load welding L.
Each of the 1TU-6TU ignitrons is controlled by an ignition valve, preferably a thyratron, 1CT-6CT, respectively, placed in series between the anode and the associated ignitron ignitor, so that the ignition d Any thyratron causes the ignition of the associated ignitron.
The ignition voltage is applied to the control gates of the thyratrons 1CT-6CT through the transformers 1T-6T, respectively, which are connected to the lines L1, L2, L3 via a variable phase shifter PS . This serves to vary the phase of the voltages applied to the control gates - of the respective thyratrons 1CT-6CT, with respect to the voltages applied to their anodes directly by the lines L1, L2. L3, so as to vary the firing moments of the thyratrons
1CT-6CT, and 1TU-6TU ignitrons, as well as the average power supplied to the L solder load.
It is obvious that the 1TU-6TU ignitrons can be replaced by other types of discharge valves, such as thyratrons, in the case of relatively light solder loads.
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res, and which can be used instead of 1CT-6CT thyratrons, quasi or purely electronic valves, if the necessary starting current is sufficiently low.
An additional control is provided in the gate control circuit of each of the 1CT-6CT thyratrons, comprising, in each case, a bias circuit with a parallel combination of a resistor RI and a capacitor C1, across which An RX rectifier is placed, the different RX rectifiers receiving their current from 7T-12T transformers associated respectively with 1CT-6CT thyratrons. If any of the 7T-12T transformers are energized, the rectifier connected to the terminals of the secondary of the transformer develops a cut-off bias voltage for the associated 1CT-6CT thyratron, preventing the ignition of this thereafter. of the ignition voltage produced by the 1T-6T firing transformers, respectively.
In the system of the present invention, the ignitrons of the 1TU, 2TU and 3TU group must be cascaded, in a given time, after which those of the 4TU, 5TU and 6TU group must be cascaded, in turn, in one step. equivalent time.
In accordance with the invention a lock is provided which is activated in response to the ignition of any group of ignitons, and which prevents the ignition of the other group of ignitons.
For this purpose, the invention provides inside each ignitron 1TU-6TU, an auxiliary anode 15 which can give current when and only when the ignitron of which it is part is conducting. Separate control windings 16, 17 and 18 of a 13T transformer are connected between the auxiliary anodes and the cathodes of the 1TU, 2TU and 3TU ignitrons respectively; and different control windings 19, 20 and 21 of another transformer 14T are connected between the auxiliary anodes and the cathodes of the 4TU, 5TU and 6TU ignitrons, respectively.
Alternating current is supplied to transformers
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13T and 14T via the respective primary windings 22 and 23, which are connected in parallel to terminals 24, 25 permanently connected to one of the three phases, as will be described in more detail hereinafter. A secondary winding 28 associated with the transformer 14T supplies current to the transformers 7T, 8T and 97, in parallel with each other via lines 27 and 28. However, the current only passes from the primary 23 to the secondary 26 of the transformer 14T. if the current flows in one of the control windings 19, 20, 21, for reasons explained below.
Alternatively, when one of the 1TU, 2TU or 3TU ignitrons is conducting, its auxiliary anode 15 sends current to an associated control winding 16, 17 or 18 of the transformer 13T, which allows the transfer of energy from the primary 22 to the se - condaire 29 of the transformer 13T, and, consequently, the power supply of the transformers 10T, 11T and 12T associated with the thyra- trons 4CT, 5CT and 6CT, respectively, for the formation of polarization voltages for deactivation of the thyratrons 4CT, 5CT and 6Ct. so as to prevent ignition of the 4TU, 5TU and 6TU ignitrons.
The control of energy transfer from primary 23 to secondary 26 of transformer 14T depends on the following factors.
The windings 23, 19, 20 and 21 'are placed on a common core 30, so that they are all magnetically coupled to each other. The winding 26 is placed on an independent core 31, which is also coupled to the windings 19, 20 and 21. Therefore, if all the windings 19, 20 and 21 are disconnected, there is no magnetic coupling between them. windings 23 and 26, since these last two windings are mounted on two completely separate cores having no magnetic influence on each other.
If, on the contrary, one of the circuits containing the windings 19, 20, 21 closes, a magnetic circuit is established between the cores 30 and 31, via one of the windings.
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common elements 19, 20 or 21, and consequently between the primary winding 23 and the secondary 26.
The circuit containing either of the windings 19, 20 and 21 can only close when one of the 4TU, 5TU or 6TU ignitrons is conducting, and, consequently, the ignition of one of the 4TU ignitrons, 5TU or 6TU is accompanied by the formation of a cut-off polarization potential applied simultaneously to the three thyratrons 1CT, 2CT and 3CT.
Conversely, by analogous reasoning, the ignition of one of the 1TU-3TU ignitrons is accompanied by the formation of a polarization potential of eut-off applied at the same time to the three thyratrons 4CT, 5CT and 6CT, which turns off the 4TU, 5TU and 6TU ignitrons.
Thus, a real interlocking system is established, comprising the 13T and 14T transformers, which prevents the ignition of any 1TU, 2TU or 3TU ignitron, when any of the 4TU, 5TU and 6TU ignitrons are conducting. , and vice versa.
With special reference to Figure 2, there is a schematic diagram of the transformer 14T of Figure 1A, showing the separate cores 30 and 31, and the control windings 19, 20 and 21, all three coupled to the two cores 30 and 31, as well as a path for the transfer of energy from the primary 23 to the secondary 26, when and only when the circuit containing one of the control windings 19, 20 or 21, is closed. The 13T transformer is identical to the 14T transformer and does not require an explanation.
Returning to Figure 1B of the drawings, the primary winding 32 of a 15T transformer, connected to the terminals of a phase of the three-phase network L1, L2, L3, supplies control voltage to the system, via a pair of secondary windings 33 and 34.
One of the secondaries, 33, supplies alternating current directly to lines 24, 25 to supply the primary 22 and 23 of the 13T and 14T transformers, whenever
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power is available in the three-phase network L1, L2 and L3. In addition, when the secondary 33 is supplied, current is sent from the relay TD which engages on the first excitation, closing normally open contacts TD1 after a delay introduced by the dash-pot D, which causes the sending to be sent. current to line '35, which however remains open at the location of contacts 36.
Secondary winding 34 of transformer 15T applies voltage to various cascade control circuits and thyratron control tubes, which regulate the flow of soldering system operations. A part 37 of the middle tap secondary 34 is connected in a series circuit containing a voltage drop resistor R @, an adjustable potentiometer 1P, another voltage drop resistor R3 and terminating at the tap 38 of the secondary 34. The slider 39 of potentiometer 1P is connected by a pair of series resistors R4 and R5, normally closed contacts 40 and another voltage drop resistor R6, to another end 41 of secondary winding 34.
The point common to resistors R4 and R5 is connected, via a counting circuit formed of a resistor R7 and a capacitor C7 in parallel, to the control grid 42 of a gas control tube , 7CT, the cathode 43 of which is connected directly to the mid tap 38 of the secondary 34 of the transformer 15T. Capacitor C7 is charged by gate conduction, keeping gate 42 negative and thyratron 7CT non-conductive. The total charge of the capacitor is a function of the adjustment of the potentiometer 1P, since this determines the charge voltage of the capacitor C7.
Closing, by hand or by foot, of the starter switch FS, closes a circuit containing relay 5CR and passing through line 44, the normally closed relays 45 of relay 10TD, to end at center tap 38 secondary 34, via lines 46 and 47. The 5CR relay switches on, establishing,
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for itself, a holding circuit through contacts 48, and closes anode circuits passing through contacts 49 and line 50 and in addition, for thyratron 7CT, through the coil of relay 7TD, for thyratron 8CT by the 8TD relay, and for the 9CT thyratron by the 9TD relay.
Simultaneously, the contacts 40 open, removing the charge voltage from the capacitor C7 and allowing the latter to discharge in the resistor R7, After a determined time, the potential of the gate 42 rises to a value such that the thyratron 7CT lights up.
The discharge time of capacitor C7 constitutes the "squeeze" period of the system, the entire "squeeze" interval being determined by the setting of potentiometer 1P, and being completed when the thyratron 7CT is turned on and the heater is turned on. associated relay operation.
Ignition of thyratron 7CT causes excitation of relay 7TD, which engages and closes a circuit containing relays 6CR, through contacts 51. Relays 7TD and 6CR remain energized throughout the rest of the operations. The energization of relay 6CR opens the normally closed contacts 52 which are in the gate circuit of thyratron 8CT, this circuit therefore being interrupted.
Simultaneously, the normally open contacts 36 of relay 7TD close, completing the excitation circuit of relay 1CR, which engages, opens normally closed contacts 54 and 55, and therefore isolates the pairs of lines 24 , 56 and 24, 57 which respectively feed the transformers 7T, 8T, 9T and 10T, 11T, 12T in shutdown potential as well as their associated rectifiers RX, which keeps all ignitrons 1TU-6TU non-conductive, as long as thyratron 7CT did not initiate, involving energization of the coil of relay 7TD and closing of contacts 36.
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At the same time, normally open contacts 58 associated with relay 6CR close, establishing a circuit for the cathode of thyratron 9CT. This immediately becomes a conductor, energizing the 9TD relay which triggers, closing the normally open contacts 59 and completing a circuit starting from secondary 33 and passing through lines 24 and 56, from where the branch lines leave. 60 and 61 going to the primary of transformers 7T, 8T and 9T. These supply current to the gate circuits of thyratrons 1CT, 2CT and 3CT so that these are blocked and prevent ignitrons 1TU, 2TU and '3TIJ from igniting.
Meanwhile, the 4TU, 5TU, and 6TU ignitrons are conductive, with no blocking voltage applied to the associated ignition tubes 4CT, 5CT, and 6CT, because contacts 62 are now open and lines 57, which complete a power supply circuit for the 10T, 11T and 12T shutdown voltage generator transformers are isolated.
A potentiometric circuit comprising, in series, a potentiometer 8P and a voltage drop resistor 8R1, is connected between the lines L4 and 46, and thus to the terminals of the section 37 of the secondary 34 of the transformer 15T. The cursor 63 of the potentiometer 8P and therefore brought to a potential determined by the setting of this cursor. This is moreover connected by a pair of resistors 8R2 in series, to the normally closed contacts 52, and from there to the normally closed contacts 64 associated with the relay 8TD, then, via line 60, to the end 41 of the secondary 34 .
The voltage present at the junction point of the resistors 8R2 is applied so as to charge the solder time capacitor 8C1 by gate conduction in the thyratron 8CT, the charge of the capacitor 8C1 being of polarity such that the gate of the thyratron 8CT is kept negative , and that the thyratron itself is kept non-conductive.
The 8CI capacitor has considerable capacity, and acts as a charge reservoir that trans-
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m and fractions of its charge to a lower capacity capacitor 8C2 through resistor 8R3, in response to the closing of normally open contacts 65 of relay 9TD, capacitor 8C2 discharging itself into the resistor 8R3 and normally closed contacts 66, when the 9TD relay is disconnected. The resistor 8R3 and the capacitor 8C2 are small, so each partial discharge of 8C1 takes place in a very short time (almost instantaneously).
At the start of a complete weld period, that is, when the 7TD and 6CR relays switch on, the 8CT tube is switched off, and the 8C1 capacitor is charged to a voltage determined by the slider setting. 63 of potentiometer 8P. The total weld period ends with the discharge of capacitor 8C1 to a level necessary to allow ignition of thyratron 8CT, and this time is determined by the relative capacities of capacitors 8C1 and 8C2 and by the total starting potential of the capacitor 8C1.
The capacitor 8C1 discharges in successive fractions, at a relatively low frequency, these fractional cycles being determined by the switching on and off of the frequency control relay 9TD causing the closing and opening of the contacts 65, and, as a consequence , the opening and closing of the contacts 66. Each time the contacts 65 close, part of the charge of the capacitor 8CI flows into the capacitor 8C2, the capacity of which is relatively small, and each time the contacts 66 close. close, the capacitor 8C2 discharges into its associated resistor 8R3. for a subsequent charge cycle.
After a determined number of such operations, which follow each other at a given frequency by timer circuits established in the gate circuits of thyratron 9CT, capacitor 8C1 is fully discharged, and thyratron 8CT turns on, ending the total lean season. During the dif-
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Ferry switching on and off of the 9TD relay, alternating groups of ignitrons 1TU, 2TU, 3TU, and 4TU, 5TU, 6TU, supply current to the workpiece, in opposite directions, as will become clear as you go. measurement of the exposure.
The duration and frequency of the soldering periods are determined by the operation of the 9TD relay, the 9CT thyratron, and an on and off timer circuit containing a 9C capacitor inserted into the gate circuit of the 9CT thyratron. .
The load current for the counting capacitor 9C inserted in the grid circuit of the thyratron 9CT, is supplied by the secondary winding 69 of a 16T transformer, through the normally open contacts 67 of the 9TD relay, the load being done by the potentiometer 9P1 and by gate conduction in the thyratron 9CT, when this one is conducting. The total charging time of the capacitor 9C is therefore determined by the setting of the potentiometer 9P1 When the capacitor 9C has charged for a sufficiently long time, the gate of the thyra- tron 9CT becomes negatively polarized, below its critical value, and at the next negative half-period of the voltage applied to the thyratron 9CT, the latter becomes deactivated. Relay 9TD then trips, opening contacts 67 and closing contacts
68.
The capacitor 9C, therefore, discharges in the potentiometer 9P2 via the currently closed contacts 68, until the potential of the gate of the thyratron 9CT has risen to a level sufficient to re-ignite the latter. Normally the settings of potentiometers 9P1 and 9P2 can be such that the charge and discharge periods of the capacitor 9C are equal, so that the halves of the soldering time periods set by the 9TD relay will be equivalent. The durations of these half-periods, and therefore the frequency of the welding cycles, can be adjusted by the integral adjustment of the two potentiometers 9P1 and 9P2.
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These potentiometers are set so that the 9TD relay remains in its on and off positions for intervals determined by the desired weld frequency. During these on and off intervals, each group of ignitrons 1TU, 2TU and 3TU, and 4TU, 5TU and 6TU, respectively, is conductive in turn. The switch-on and switch-off intervals are chosen such that the three tubes in each group conduct the same number of times. At the end of the total welding period, the 9TD relay trips, which ends a closing interval. At this time, the capacitor 8CI discharges into the capacitor 8C2 and the tube 8CT becomes conductive.
As the capacitor 8Cl discharges almost instantaneously, the tube 8CT becomes conductive as soon as the relay 9TD trips and the current flowing through the ignitrons is immediately interrupted. The time between the last trip of the 9TD relay and the opening of the ignitron ignition circuits is so short that the ignitron ignition circuits of the non-conductive group are interrupted before the last ignitron of the conductive group becomes non-conductive.
While the contacts 68 open and close alternately, and simultaneously the contacts 67 close and open, establishing the sub-intervals of the weld period, the contacts 65 and 66 are working to remove successively charge fractions of the total charge of the 8CI soldering time capacitor and contacts 59 and 62 close alternately to cause ignition, one after the other, of the ignitron groups 1TU, 2TU, 3TU and 4TU, 5TU, 6TU, alternately completing circuits from secondary 38 of transformer 15T to lines 56 and 57.
After full discharge of the full period of solder capacitor 8C1, the thyratron 8CT turns on, switching on the relay 8T
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Contacts 70 open, closing contacts 54 and 55 and establishing through lines 56 and 57 a switch-off bias simultaneously for all 1CT-6CT thyratrons, thereby terminating current transfer to the line. solder load by the one of the 1TU-6TU ignitrons that fired last, while preventing all ignitrons from reigniting, then.
In addition, contacts 72 of the 8DT relay open, initiating a hold period, initiating the discharge of a timer circuit in the gate circuit of the 10CT thyratron, and contacts 64 of the 8TD relay open. 'open, interrupting the charging circuit of the capacitor 8C1, and thus maintaining the conductive 8CT tube.
Capacitor 10C in the gate circuit of thyratron 10CT is normally charged by a 10P potentiometer which establishes a charging potential for capacitor 10C. The normal condition of the thyratron 10CT is to be non-conductive, as long as the relay contacts 72 of 8TD remain closed.
When the relay contacts 72 open, at the end of a soldering period, the load circuit is interrupted and the capacitor 10C discharges in the resistor 10R. After an interval determined by the time constant of the circuit comprising 10C and 10R, and by the adjustment of the potentiometer 10P, the gate of the thyratron 10CT reaches its firing potential and the thyratron 10CT turns on, energizing the relay 10TD
Excitation of relay 10TD opens contacts 45, interrupting line 44 and disconnecting relay 5CR. Contacts 49 then reopen, interrupting line 50 and removing the potential of the control thyratron plates 7CT, 8CT, 9CT.
The plate potential for the 10CT control tube is maintained, on the contrary, by a circuit passing through the normally closed contacts 75 and the blade 77 of a two position switch 78, the line 83, to terminate at the secondary 34 of the 15T transformer.
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Simultaneously, the contacts 80 of relay 10TD open, bypassing the load potential of timer circuit 11C, 11R in the gate circuit of "quiescent" thyratron 11CT, initiating a "quiescent" time. At the same time, contacts 82 of relay 10TD open, interrupting the load circuit of timer circuit 10C, 10R at a new point, so as to compensate for closing of contacts 72 of relay 8TD which is de-energized. by the disappearance of potential at the 8CT thyratron plate.
At the end of the "idle" time, thyratron 11CT turns on, switching on relay 11TD and cutting contacts 75, thus interrupting its own plate circuit and that of the holding tube 10CT, and both tubes. become non-conductive.
The two-position switch 78 is used to bypass the start switch FS, making a circuit through line 83 for the control thyratrons 10CT and 11CT and their associated relays 10TD and 11TD when they are in the position. indicated, and supplying voltage to the holding circuit comprising thyratron 10CT and relay 10TD, excluding the "rest" relay 11TD and thyratron 11CT when they are in the opposite situation. When switch 78 is in the position shown, then the system is cycled repeatedly, while if in the other position, the system is intended for single welds or for non-repeat operation.
The latter form of work does not require a "rest" time, and each soldering operation again requires closing the start switch FS. Repeated operation requires a "rest" period between the "hold" period and the "squeeze" period.
Although the invention has been described as an application to a welding system, it can, in its most extensive aspect
AT
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du, be used as an adjustable system for transferring power from a three-phase source to a single-phase load and, in addition, as a frequency converter to transform the frequency of a source into a lower frequency whose value can be chosen at will. Various types of tubes can replace the electronic discharge devices described and modifications can be made to the particular circuit devices shown which remain within the spirit of the principles of the invention set forth in the embodiment of the invention. described here.
CLAIMS
1) System of timers for adjusting the transfer of current from a three-phase source to a single-phase load, specially intended for resistance welders, comprising a first group of arc discharge devices each connected, so as to adjust the passage of current, between a phase of the three-phase source and a single-phase load, so as to supply this load with current of one polarity; a second group of arc discharge devices connected in parallel but in opposition to the first group, so as to supply the load with current of the opposite polarity; a timer device for repeatedly and alternately making the first and second groups of arc discharge devices non-conductive;
and a device for rendering the two groups of arc discharge devices simultaneously non-conductive, after a fixed number of repeated complete operations of the aforementioned timer device.