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Régulateur de courant pour soudeuses.
La présente invention concerne les appareils à dé- charge électrique et, plus particulièrement, les appareils de commande pour la soudure par résistance.
Dans un dispositif de soudure connu, le courant de soudure est débité en impulsions distinctes par une source de courant alternatif, à travers une paire d'ignitrons, montés en parallèle et en opposition entre la source et le transfor- mateur de soudure. La durée du passage du courant de soudure est définie en nombre de demi-périodes de la source et est réglée au moyen d'une minuterie électronique. Le dispositif comprend un régulateur servant à maintenir l'amplitude du courant de soudure constante malgré les variations se produi-
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sant dans le potentiel de la source et la résistance de la pièce à souder. Le paramètre de régulation s'obtient en com- parant un potentiel fonction du courant de charge à un poten- tiel étalon provenant du compteur électronique.
Ce dispositif convient dans de nombreux cas. On a constaté cependant qu'en certaines circonstances, surtout quand la durée de passage du courant de soudure n'est que de quelques périodes de la source, des parties de la matière soudée ne sont pas bien réunies. Il en est de même quand la charge est très inductive et le facteur de puissance faible.
Le but principal de l'invention est de procurer un dispositif de soudure dans lequel le courant de soudure est maintenu constant malgré les variations dans la tension du réseau et dans l'impédance de la charge, et ce en obtenant des soudures de bonne qualité.
L'invention est basée sur la constatation que des appareils du type susmentionné donnent des soudures défec- tueuses parce qu'un courant exagéré passe pendant les demi- périodes initiales de beaucoup de soudures. La difficulté provient de ce que le paramètre de régulation est obtenu en comparant une composante de tension produite par un compteur électronique, composante qui apparaît immédiatement au début de chaque soudure, à une composante de tension, fonction du courant de soudure, qui n'apparaît qu'au moment où le courant circule. Le potentiel produit par le compteur, quand il est seul, maintient le courant de soudure à son maximum. Pen- dant la soudure, cet effet est combattu par le potentiel dé- pendant du courant de soudure. Au début d'une soudure, le potentiel de réaction n'existe pas et le courant de soudure est donc excessif à ce moment.
Ce courant exagéré fait sen- tir son effet particulièrement fort, quand la soudure est courte, par exemple, quand sa durée est de l'ordre de trois
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ou quatredemi-périodes du réseau.
En étudiant le mécanisme de la régulation, on com- prendra que le courant initial peut atteindre une intensité exagérée.
Dans les soudeuses proposées jusqu'ici, on varie l'intensité du courant passant dans la soudeuse en rendant les ignitrons conducteurs à différents moments dans les demi-pé- riodes du réseau. La composante de régulation fournie par le compteur tend à rendre les ignitrons conducteurs très tôt dans les demi-périodes initiales de la durée de soudure ; lacomposante de régulation dépendant du courant de soudure combat cette tendance. Donc, dans les demi-périodes initiales de soudure, les ignitrons sont rendus conducteurs très tôt.
Un transformateur de soudure est très inductif et un dispositif de soudure a un facteur de puissance relativement faible.
Quand la conductivité se produit tôt dans les demi-périodes avec un transformateur aussi inductif, des surtensions impor- tantes se produisent. Non seulement la pièce à souder est surchauffée mais le transformateur se sature par le courant, sans contre-partie, produit par les surtensions.
Conformément à la présente invention, la composante de tension de comparaison et la composante de tension fonction du courant de charge, formant le paramètre de régulation, sont dérivées toutes deux du courant et appliquées simultanément.
Des courants de charge excessifs et des surtensions ne se pro- duisent pas avec le nouveau dispositif, parce que la composante de comparaison n'apparaît pas au début des demi-périodes du réseau, mais seulement une fois que le courant de soudure a commencé à circuler. Le dispositif peut être réglé de telle façon que les amplitudes des demi-périodes de courant de sou- dure sont uniformes pendant tout le passage du courant.
Une forme d'exécution préférée de l'invention est
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représentée, à titre d'exemple, au dessin annexé, dont l'unique figure est un schéma d'un dispositif de commande pour soudeuse par résistance.
L'appareil représenté comprend un transformateur de soudure 1 dont le secondaire 3 est relié aux électrodes de soudure 7 enserrant la matière à souder 5. Le primaire 9 du transformateur de soudure est alimenté à partir de li- gnes de courant alternatif 11, de préférence du 60 périodes commercial, par l'intermédiaire d'une paire d'ignitrons 13 et 15 connectés en parallèle et en opposition entre la source et le primaire. Dans des circonstances normales, la tension du réseau peut avoir une valeur comprise entre 220 et 2.300 volts.
Pour rendre les ignitrons 13 et 15 conducteurs, une paire de thyratrons d'allumage 17 et 19 sont respectivement prévus. Les thyratrons d'allumage sont commandés par un cir- cuit de temps 21 et un circuit de réglage de phase 23. Un thyratron d'allumage 17 ou 19 est rendu conducteur au moment de la production simultanée de deux événements: un potentiel alternatif de polarisation du circuit compteur 21 est réduit et un potentiel de courte durée produit par le circuit de com- mande de phase 23 est appliqué.
Le circuit de temps comprend un thyratron de marche 25 et un thyratron d'arrêt 27. Les anodes 29 et 31 de ces thyratrons respectifs sont réunies et leur point de jonction peut être relié à la borne positive 33 d'une source auxiliaire de courant continu 34, par la fermeture d'un contact normale- ment ouvert 35 d'un bouton-poussoir 37. La cathode 39 du thyratron de marche 25 est reliée par une résistance de ré- glage 41 à une prise intermédiaire fixe 43 sur une résistance de fuite 45 mise aux bornes de la source 34. La cathode 47 du thyratron d'arrêt 27 est reliée à un curseur 49 de la ré-
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sistance de fuite.
Le thyratron de marche 25 reçoit son potentiel de com- mande d'un transformateur à pointes 51, dont le secondaire 53 est connecté aux bornes d'une résistance 55. Celle-ci est mise en série avec une polarisation 57 et une autre résistance 59 entre l'électrode de commande 61 et la cathode 39 de ce thy- ratron. Le primaire 63 du transformateur 51 reçoit le courant des lignes principales 11 par l'intermédiaire d'un circuit dé- phaseur 65. Le potentiel dérivé du transformateur à pointes 51 s'oppose à la polarisation 57. Quand on ferme l'interrup- teur de démarrage 37, le thyratron de marche 25 est rendu con- ducteur à un moment, dans la première demi-période positive de la source suivant la fermeture du commutateur de démarrage, déterminé par le réglage du circuit 65.
Un condensateur de temps 71 est inséré entre l'élec- trode de commande 67 du thyratron d'arrêt 27 et l'extrémité inférieure 69 de la résistance de fuite 45. Ce condensateur se décharge à travers une résistance 73 et un contact normale- ment fermé 75 du commutateur de démarrage 37. Ainsi, l'électrode de commande 67 du thyratron 27 est maintenue négative par rap- port à sa cathode 47, et le thyratron d'arrêt 27 reste non con- ducteur aussi longtemps que l'interrupteur 37 se trouve dans sa position de repos.
Le condensateur 71 se chargera progressivement quand le courant passe dans le thyratron de marche 25, puisque le condensateur est relié à la cathode 39, par l'intermédiaire d'un redresseur 77 et d'un rhéostat de temps 79. Le redresseur 77 empêche le condensateur de se décharger quand le thyratron de marche n'est pas conducteur, et le rhéostat 79 détermine la vitesse à laquelle le condensateur 71 se charge et donc le temps nécessaire pour que le potentiel de l'électrode de com-
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mande 67 atteigne le niveau voulu pour rendre le thyratron d'arrêt 27 conducteur.
Les thyratrons de marche et d'arrêt 25 et 27 respecti- veinent., sont couplés aux thyratrons d'allumage 17 et 19 par l'intermédiaire de la résistance de commande 41 et d'un circuit de polarisation 81, qui comprend un transformateur de commande 83 à un seul primaire 85 et à deux secondaires 87 et 89. Le primaire 85 est inséré entre une prise intermédiaire et une borne d'extrémité du secondaire 91 d'un transformateur d'ali- mentation 93, ensemble avec une partie d'un rhéostat 95. Une paire de thyratrons 99 et 101, montés en parallèle et en op- position, sont mis aux bornes de ce secondaire 91.
Quand la résistance de commande 41, insérée entre l'électrode de com- mande 103 et la cathode 105 du thyratron 99, ne conduit pas de courant, la polarisation 107 maintient le thyratron 99 non conducteur; quand le thyratron de marche 25 est conducteur, la chute de tension aux bornes de la résistance 41 rend le thyratron 99 conducteur. L'autre thyratron 101 de la paire 99-101 est maintenu négatif par une charge négative appliquée à une paire de condensateurs 109 et 111 insérés, avec le se- condaire 117 d'un transformateur de polarisation 119, entre l'électrode de commande 113 et la cathode 115.
Le sens d'en- roulement de ce transformateur est tel que le potentiel négatif s'accumule aux bornes des condensateurs 109 et 111 par le pas- sage du courant entre l'électrode de commande 113 et la cathode 115 pendant les demi-périodes où le potentiel d'anode du thyra- tron 101 est négatif. Cette charge négative est combattue par un potentiel appliqué au condensateur 111 par le rhéostat 95 placé dans le circuit du primaire 85 du transformateur de com- mande 83, quand le premier thyratron 99 de la paire 99-101 est rendu conducteur.
Les secondaires 87 et 89 du transformateur de commande
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83 sont insérés chacun entre l'électrode de commande 121 et la cathode 123 d'un tube d'allumage 17 et 19, respectivement, en- semble avec les polarisations 125 et les secondaires 127 et 129 respectifs d'un transformateur à impulsions 131. La connexion est telle que, lorsque les thyratrons 99 et 101, montés en anti- parallèle, ne sont pas conducteurs, un potentiel négatif impor- tant est appliqué dans les circuits de commande des thyratrons d'allunage 17 et 19, pendant les demi-périodes où les poten- tiels d'anode respectifs des thyratrons d'allumage sont positifs.
Quand les thyratrons 99 et 101 sont conducteurs, ils court- circuitent le transformateur 83, réduisant fortement le poten- tiel négatif. Cette dernière condition existe quand le tube de marche 25 est parcouru par le coûrant, la polarisation dans le circuit de commande du thyratron 99 étant annulée, le thyra- tron 99, de ce fait, devenant conducteur. Un courant intense circule alors dans ce thyratron et dans le rhéostat 95. La tension de polarisation appliquée aux condensateurs 109 et 111 dans le circuit de commande de l'autre thyratron 101 est équili- brée et celui-ci devient conducteur au début de sa première demi-période positive. Les deux thyratrons restent ainsi con- ducteurs, aussi longtemps que la résistance 41 est parcourue par un courant important; le thyratron 99 est rendu conducteur le premier et le thyratron 101 suit.
Les thyratrons d'allumage 17 et 19 ne sont cependant pas rendus conducteurs, par la réduction seule du potentiel du transformateur de commande 83. Pour rendre les thyratrons 17 et 19 conducteurs, une impulsion de courte durée est super- posée par le transformateur à impulsions 131 au potentiel de polarisation et au potentiel négatif réduit de commande dans les circuits de commande des thyratrons d'allumage. Ce poten- tiel de courte durée est fourni par le circuit de commande de phase 23.
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Le circuit 23 comprend un transformateur d'entrée 133, dont le primaire 135 est alimenté par un transformateur de cou- rant 137 couplé au primaire 9 du transformateur de soudure 1.
Le transformateur d'entrée a deux secondaires 139 et 141 qui attaquent respectivement un redresseur à double alternance 143 et 145.
La tension de sortie du premier redresseur 143 est appliquée, par l'intermédiaire d'un rhéostat 147, aux circuits d'entrée d'une paire de thyratrons 149 et 151 montés en redres- seur biplaque. Les circuits de commande de ces thyratrons con- tiennent une polarisation 153 qui, en l'absence de potentiel du redresseur 143, maintient les thyratrons non-conducteurs.
Ils sont rendus conducteurs par le potentiel fourni par le premier redresseur 143. La polarisation 153 est choisie de telle façon que les thyratrons 149 et 151 sont rendus con- ducteurs quand le courant passant dans le primaire 9 a sa va- leur pratique minima. Les thyratrons 149 et 151 sont alimentés par le secondaire 155 d'un transformateur d'alimentation 157 ayant une prise intermédiaire. Un condensateur 159 est inséré entre cette prise intermédiaire et le point commun des cathodes 161 des thyratrons. Un régulateur de tension 163 et un rhéostat (ou diviseur de tension) 165 sont mis tous deux aux bornes du condensateur 159. Le régulateur 163 devient conducteur quand les thyratrons 149 et 151 le deviennent et que le condensateur 159 est chargé.
Le potentiel aux bornes du rhéostat 165 est donc maintenu à un niveau constant indépendant du courant cir- culant dans le transformateur de soudure 1, aussi longtemps que le transformateur est parcouru par du courant. Pour réaliser cette condition, les thyratrons 149 et 151 sont intercalés entre le premier redresseur 143 et le condensateur 159. Les thyratrons amènent assez de courant de charge au condensateur 159, pour assurer le décharge du régulateur aussi bien pour des courants
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faibles que pour des courants forts. Ce potentiel à amplitude constante aux bornes du rhéostat 165 sert d'étalon de comparaison.
Le second redresseur 145 sert à charger directement un condensateur 167. Un second rhéostat (ou diviseur de tension) 169 est mis aux bornes de ce dernier condensateur.
L'électrode négative du premier condensateur 159 est directement reliée à la cathode 171 d'un tube à vide 173. Le curseur 175 du premier rhéostat 165 est relié à une prise in- termédiaire du diviseur de tension 169, tandis que l'extrémité négative du diviseur 169 est connectée à la grille 177 du tube à vide 173 par l'intermédiaire d'un potentiel de polarisation 179.
L'anode 181 du tube à vide 173 est connectée au point de jonction 223 des cathodes 183 d'une paire de thyratrons 185 et 187. Les électrodes de commande 191 des thyratrons sont re- liées chacune par une paire de résistances 193 et 195 à un con- ducteur 197. Celui-ci a une extrémité 225 reliée à la cathode 171 du tube à vide 173 par l'intermédiaire d'une autre résis- tance 199. Les extrémités 223 et 225 constituent les bornes de sortie d'un pont de résistances alimenté par un redresseur 200 et constitué par le tube 173 et les trois résistances 189, 198 et 199. Ainsi la conductivité du tube 173 détermine l'ampli- tude et la polarité de la tension apparaissant entre les bornes 223 et 225.
L'anode 201 du thyratron 185 est connectée à une ex- trémité d'un enroulement secondaire 203 d'un transformateur d'alimentation 205, par l'intermédiaire d'un condensateur 207.
L'autre extrémité de l'enroulement secondaire 203 est reliée à l'anode 201 d'un autre thyratron 187 par l'intermédiaire du primaire 209 du transformateur d'impulsions 131. Les redres- seurs 211 et 213 sont mis aux bornes de chacun des thyratrons 185 et 187 respectivement, dans un sens tel que le courant passe
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dans l'autre thyratron. Un rhéostat 217 et un condensateur 219 en série, sont mis aux bornes de l'autre enroulement secondaire 215 du transformateur d'alimentation 205. L'électrode de com- mande 191 du thyratron 187 est reliée à une prise intermédiaire de l'enroulement secondaire 215, par l'intermédiaire de sa ré- sistance associée 193. L'électrode de commande de l'autre thyra- tron 185 est reliée, par sa résistance associée 193, au point de jonction du condensateur 219 et du rhéostat 217.
Un potentiel de commande alternatif est appliqué aux circuits de commande des thyratrons 185 et 187, par l'enroule- ment secondaire 215. Ce potentiel est déphasé par rapport au potentiel d'anode fourni par l'enroulement secondaire 203, d'une quantité déterminée par le réglage du rhéostat 217. On super- pose au potentiel de commande, le potentiel continu (223-225) dérivé du tube à vide 173. Le potentiel complexe ainsi appliqué aux circuits de commande des thyratrons 185 et 187 détermine les moments, dans les demi-périodes du réseau, où les thyratrons sont rendus conducteurs. Soit le thyratron de gauche 185 le premier tube conducteur. Une impulsion de courant de courte durée traverse alors le redresseur de droite 213 et le primaire 209 du transformateur d'impulsions 131, de manière à charger le condensateur 207.
Une courte impulsion est induite dans le cir- cuit de commande d'un des thyratrons d'allumage 17 ou 19, ayant la polarité voulue pour amorcer ce thyratron. Cependant celui-ci ne s'amorce que si le potentiel négatif dérivé du transformateur de commande 83 est faible. Quand le thyratron de droite 187 est rendu conducteur dans la demi-période suivante du potentiel fourni par le transformateur 205, une impulsion de courant de courte durée traverse le redresseur de gauche 211 de façon à décharger et recharger le condensateur 207 en sens inverse.
Une impulsion de la polarité voulue est maintenant induite dans le circuit de commande de l'autre thyratron d'allumage 19 ou 17,
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de manière à l'amorcer. Les ignitrons 13 et 15 s'amorcent im- médiatement après l'allumage des thyratrons correspondants 17 et 19.
L'instant où les ignitrons 13 et 15 s'allument est donc déterminé par le réglage du rhéostat 217 et par l'amplitude du potentiel 223 -225 dérivé du circuit d'anode du tube à vide poussé 173. Suivant la forme d'exécution préférée de l'inven- tion, le rhéostat 217 sera réglé de telle façon, pour toute matière à souder, que les ignitrons s'allument aux moments appropriés dans les demi-périodes du réseau, quand le potentiel 223-225 dérivé du tube à vide 173 est nul. Cela peut être réalisé en faisant quelques essais de soudure à l'avance et en réglant le rhéostat 217 et les rhéostats 169 et 165 dans les circuits des redresseurs et des thyratrons de manière à obtenir des sou- dures satisfaisantes.
Pour faciliter le réglage de ces rhéostats, un voltmètre 221 ou un autre instrument semblable est mis aux bornes de sortie du circuit à tube à vide 223 et 225. Quand le rhéostat 217 dans l'enroulement secondaire est réglé de telle façon que de bonnes soudures sont obtenues quand le potentiel continu 223-225 est égal à zéro, le courant passant dans le transformateur de soudure 1 a la même amplitude pendant chaque demi-période de chaque intervalle de soudure. Si le rhéostat 217 n'est pas réglé avec précision, l'amplitude du courant pas- sant dans le transformateur de soudure pendant la première demi- période de chaque intervalle de soudure est différente de celle des autres demi-périodes. L'appareil de mesure 221 indique si le déséquilibre .existe pendant une opération quelconque de soudure.
Quand l'appareil de mesure dévie, l'opérateur peut réajuster le rhéostat 217 de manière à ramener la déviation à zéro. En pratique, la différence d'amplitude entre le premier cycle et les cycles suivants de chaque soudure peut être minimisée au point d'être négligeable.
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La mise en route du dispositif se fait en fermant l'interrupteur à main 37. Ainsi, le circuit de décharge du con- densateur de temps 71 est interrompu à l'endroit du contact 75 ouvert de l'interrupteur. Les circuits d'anode des thyratrons de marche et d'arrêt 25 et 27 se ferment par le contact 35 fermé.
Le thyratron de démarrage 25 devient conducteur à un moment, dans la demi-période du réseau, déterminé par le réglage du circuit 65 en série avec le transformateur à pointes 51. Le thyratron d'arrêt 27 est polarisé par le condensateur de temps 71, de manière à ne pas conduire le courant. Le thyratron de marche 25 envoie le courant dans la résistance de commande 41 et le thyratron à commande positive 99 est rendu conducteur pen- dant les demi-périodes du réseau où son anode est positive. Pen- dant les demi-périodes intermédiaires, quand le potentiel d'anode du thyratron suivant 101 est positif, celui-ci est conducteur.
Les deux thyratrons 99 et 101 continuent à conduire le courant et court-circuitent le primaire 85 du transformateur de commande 83, aussi longtemps que le thyratron de "marche" 25 est conduc- teur.
Quand le potentiel négatif fourni par les transforma- teurs de commande 83 aux circuits de commande des thyratrons d'allumage 17 et 19, est réduit par l'effet de court-circuit des thyratrons 99 et 101, les thyratrons d'allumage peuvent être rendus conducteurs par les potentiels de courte durée dérivés du transformateur à impulsions 131. La première de ces impul- sions, dans une série de soudures, est appliquée à un instant déterminé par le réglage du rhéostat 217. Un des thyratrons d'allumage 17 ou 19 et son ignitron associé 13 ou 15 sont ren- dus conducteurs à un moment déterminé par ce réglage et le courant passe dans le primaire 9 du transformateur de soudure 1, induisant un potentiel dans le transformateur 133 fonction du courant de charge.
Des tensions apparaissent maintenant aux
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bornes des rhéostats 165 et 169; un de ces potentiels, déterminé par le choix du tube régulateur 163, a une valeur étalon, l'autre variant suivant le courant de charge. Le premier potentiel (165) a une polarité telle qu'il augmente la conductivité du tube à vide poussé 173 et le second (169) de façon à diminuer cette conductivité. Si le réglage préliminaire est correct, ces deux tensions sont égales. L'opération de soudure continue, les ignitrons 13 et 15 étant rendus conducteurs à leur tour pendant les demi-périodes successives du réseau, à des moments déter- minés par le réglage du rhéostat 217.
Les ignitrons continuent à conduire le courant pour une période déterminée par le rhéostat de temps 79 et le conden- sateur de temps 71. Après un intervalle de temps déterminé par le réglage de ces éléments, le condensateur 71 est chargé, par le courant traversant le thyratron de marche" 25, à un poten- tiel tel que le thyratron d'arrêt 27 devient conducteur. Le thyratron d'arrêt élimine alors le thyratron de marche en le court-circuitant et réduit son courant d'anode à une valeur telle que la polarisation du circuit de commande du premier thyratron 99 n'est plus équilibrée. Ce premier thyratron devient donc non conducteur et le thyratron suivant 101 devient non- conducteur également.
Le potentiel de courte durée produit par le transformateur d'impulsions 131 ne suffit plus à rendre les thyratrons d'allumage 17 et 19 conducteurs et le courant de sou- dure est interrompu. Une autre soudure peut être mise en route, en ouvrant et refermant le bouton-poussoir 37.
Si au début ou pendant une opération de soudure, les potentiels dérivés des rhéostats 165 et 169 ne sont pas égaux entre eux, la conductivité du tube à vide poussé 173 augmente ou diminue. Si cela se produit, la phase d'allumage des thyra- trons 185 et 187 est décalée en fonction de la variation de conductivité du tube à vide poussé. La lecture de l'appareil de
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mesure 221 n'est plus égale à zéro, et l'opérateur réajustera le rhéostat 217. Par exemple, si, à cause d'une augmentation de la tension réseau (il) ou une diminution dans la résistance de la matière 5 au point de soudure, le courant de soudure augmente, la chute de tension aux bornes du second rhéostat 169 augmente en conséquence.
Dans ces conditions, le potentiel de comEande résultant appliqué au tube à vide poussé 173 devient plus négatif et la conductivité du tube devient plus faible, ce qui élève le potentiel de la borne 223 par rapport à celui de la borne 225. Le potentiel des cathodes 183 des thyratrons 185 et 187, reliées à l'anode 181 du tube, est relevé par rapport aux grilles 191, et ces thyratrons de même que les ignitrons 13 et 15 sont rendus conducteurs plus tard, dans les demi-périodes, qu'aupara- vant. La lecture de l'appareil de mesure (221) est alors diffé- rente de zéro et l'opération peut réajuster le rhéostat 217 du circuit de commande des thyratrons, de manière à ramener la lecture à zéro.
La forme d'exécution décrite peut être modifiée sans sortir du cadre de l'invention, dans le sens le plus large.
Dans certains cas, le courant de soudure est si faible qu'il peut être fourni par les thyratrons mêmes. Dans ce cas, le courant de soudure est fourni directement par les thyratrons 17 et 19 ou par des thyratrons plus puissants commandés par les premiers. Dans certains cas, quelques-uns ou tous les thyratrons 25, 27, 99, 101, 149, 151, 185 et 187 peuvent être des tubes à vide ou même des amplificateurs magnétiques; dans certaines circonstances le tube 173 peut aussi être un amplifi- cateur magnétique.