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Appareil de commande de -soudage.
La présente invention concerne les appareils de commande et se rapporte plus spécialement à un dispositif d'allumage pouvant être utilisé avec des ignitrons ou des redresseurs commandes semblables afin de régler le transfert d'énergie entre une source d'énergie et une pièce à souder.
D'une façon générale, le dispositif utilise de préférence en majeure partie des dispositifs du type à l'état solide et certaines des particularités de l'invention concernent la solution des problèmes posés par le fait que l'.on cherche à tirer les avantages connus des dispositifs du type
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à l'état solide.
En utilisant la présente invention, il est - possible de régler automatiquement le facteur de puissance dans une installation de soudage par résistance.
La présente invention procure un dispositif de commande de soudage par résistance servant à relier sélective- ment une charge ayant un facteur de puissance à une source de tension alternative durant chacune d'au moins certaines des demi-périodes de la tension alternative au cours de chaque- soudure, la combinaison d'un dispositif de détection pour mesurer le facteur de puissance de la charge et d'un dispositif de commando thermique commandé par le dispositif de détection à l'effet de commander la connexion entre la charge et la source.
Plusieurs formes d'exécution de l'invention sont décrites ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
La figure 1 est un schéma d'une partie d'un cir- cuit électrique de commande conforme à certains des principes de la présente invention.
La figure 2 est un schéma d'une autre partie du circuit électrique de commande de la figure 1, et la figure 3 est un graphique montrant certaines relations électriques qui peuvent se présenter dans le circuit des figures 1 et 2.
Pour la clarté des figures, les enroulements de transformateur ont été représentés de manière à faire ressortir au mieux les fonctions remplies par ces transformateurs, de sorte que les enroulements primaires et les enroulements secondaires sont représentés en des endroits différents. On a cependant
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utilisé des préfixes de référence communs dans chaque cas afin de pouvoir se rendre compte quels enroulements secondaires sont associés aux différents enroulements primaires.
Dans la forme d'exécution représentée aux figures 1 et 2 des dessins annexés, deux redresseurs commandés 1IG et 2IG connectés dos à dos règlent l'alimentation du transformateur de soudage T15 par la source S. Les redresseurs commandés 1IG et 2IG consistent, de préférence, en des ignitrons quoiqu'il puisse aussi s'agir évidemment d'autres dispositifs, y compris des dispositifs appropriés du type à l'état solide. Les circuits d'allumage 100 et 102 des ignitrons 2IG et IIG sont des dispositifs dits à allumage d'anode, .parce que chaque circuit d'allumage est connecté entre l'anode et l'électrode d'allumage de l'ignitron correspondant. Le dispositif d'allumage consiste en un redresseur commandé au silicium comme le SC@2 du circuit d'allumage 100 (l'autre circuit d'allumage 102 étant identique).
Une impulsion d'entrée de sens positif, qui est appliquée via le transformateur 3T et l'interrupteur "de soudure" fermé SWB4, est filtrée dans un circuit comprenant la résistance R3 et le condensateur C2 et est appliquée entre l'électrode-porte et la cathode du redresseur SCR2. Une diode RE2, qui est connec- tée entre l'électrode-porte et la cathode de ce redresseur avec une polarité telle qu'elle laisse passer les impulsions de sens négatif, empêche l'électrode-porte de devenir négative par rapport à la cathode.
Si l'anode du redresseur SCR2 est positive par rapport à la cathode de ce redresseur au moment de l'application de l'impulsion (et il en est ainsi à cause d'autres circuits décrits ci-après du courant circule de la source S, par la ligne L2, l'enroulement primaire du transformateur de soudage
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T15, le redresseur SCR2, les diodes RE5 et RE6 connectées en série, la self de filtrage L3, la résistance R80, l'électrode d'allumage et la cathode de l'ignitron 2IG, et retour vers la source via la ligne Ll. Les redresseurs RE5 et RE6 sont shuntés par des résistances d'équilibrage de tension propres R8 et R9.
Le courant passant par le circuit qui vient d'être décrit allume l'ignitron 2IG de manière à connecter le transformateur de soudage T15 aux bornes de la source S. Lorsque l'ignitron 2IG s'est éteint, le circuit d'allumage 102 allume l'ignitron 1IG au cours de la demi-période suivante de manière à connecter à nouveau le transformateur de soudage T15 aux bornes de la source S, le courant circulant, au cours de deux demi-périodes successives, en sens opposés dans l'enroulement primaire du transformateur de soudage.
Si l'impulsion est appliquée au circuit d'allumage d'un ignitron avant que l'autre ignitron ne se soit éteint (et, par conséquent, avant que la tension anode-cathode de l'ignitron en question ne soit correcte), l'impulsion de tension ne provoque pas l'allumage de 1'ignitron. Comme aucune impulsion d'allumage supplémentaire ne peut être appliquée pendant la même demi- période, l'ignitron n'est pas actionné pendant cette demi-période.
En conséquence, des moyens sont prévus pour s'assurer que l'impulsion de tension qui est appliquée au circuit d'allumage -100 ou 102 ne soit pas appliquée à moins que l'ignitron associé ne soit prêt à être allumé.
Ceci s'obtient en détectant la tension entre les anodes des deux ignitrons et, par conséquent, la tension aux bornes de chacun des ignitrons et, en particulier, en détectant le changement de cette tension qui se produit sous l'influence
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des changements de conductivité des deux ignitrons. L'enroulement primaire d'un transformateur de détection 4T est connecté entre les anodes des ignitrons 1IG et 2IG, cet enroulement primaire étant donc connecté aux bornes de chacun de ces ignitrons.
La prise médiane de l'enroulement secondaire du transformateur 4T est mise à la terre et la partie de cet enroulement secondaire comprise entre la prise médiane et la ligne 104 sert de source de tension pour le transistor 3Q faisant partie du dispositif d'allumage de l'ignitron 2IG. De façon correspondante, l'autre moitié de cet enroulement secondaire sert de source de tension d'alimentation pour un transistor correspondant du dispositif d'allumage de l'ignitron 1IG.
Comme on pourra le constater, le transistor 3Q est informe de ce que le transistor 2IG peut être allumé par une réduction brusque de la tension appliquée à sa base. Avant cela et plus exactement au moment (au stade supposé du fonctionnement) où l'ignitron 1IG s'éteint, la tension aux bornes de cet ,ignitron augmente brusquement de manière à faire apparaître aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur 4T une tension d'une polarité tello que le conducteur 104 soit positif par rapport à la prise médiane mise à la terre.
En 'conséquence, du courant circule du conducteur 104, par le redresseur RE39, la résistance R48, le collecteur et l'émetteur du transistor 3Q, vers la terre, ce qui fait apparaitre, comme on le constatera, une tension positive sur la base de ce transistor en ce moment.
Il s'ensuit que la tension du collecteur -du transistor 3Q tombe à une faible valeur positive (proche du potentiel de terre).
Lorsque la tension sur la base du transistor 3Q est ensuite diminu6e, ce qui se produit à un certain moment au cours de la demi-période considérée commandée par le circuit de commande
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de chaleur (comme cela est décrit ci-après),le transistor 3Q devient non conducteur et le potentiel de son collecteur monte brusquement si,et uniquement si le transformateur 4T applique une tension correcte à celui-ci, ce qui ne se produit que si l'ignitron 1IG s'est éteint. Si l'ignitron 1IG ne s'est pas éteint au moment où la tension de la base du transistor 3Q diminue, la tension du collecteur du transistor 3Q n'augmente pas aussi longtemps que l'ignitron ne s'est pas éteint.
Aussi longtemps que la tension du collecteur du transistor 3Q n'aug- mente pas, aucune impulsion d'allumage n'est transmise au circuit d'allumage 100 et on s'assure de cette manière .que l'impulsion d'allumage ne soit pas appliquée à l'ignitron 2IG avant que l'ignitron lIG se soit éteint et que la tension aux bornes de l'ignitron 2IG soit correcte.
Lorsque la tension sur le collecteur du transistor 3Q augmente, cette tension est appliquée aux bornes d'un circuit comprenant la résistance R49, la diode à quatre couches RE52 et la résistance R52 shuntée par le condensateur C23. Comme la tension positive maximum sur le collecteur du transistor 3Q est limitée par la diode de clamping RE41, la tension en question est adéquate pour provoquer la disruption de la diode à quatre couches RE52 de manière à appliquer une tension à l'électrode- porte du redresseur commandé au silicium SCR6.
Le redresseur commandé au silicium SCR6 est alimenté par une source de courant alternatif 6S qui est, de préférence, la môme que la source S ou qui est une source dérivée de celle-ci. Les phases sont telles que le courant alternatif appliqué aux bornes du redresseur SCR6 se trouve dans sa demi-période positive lorsque la tension provenant de la
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source S appliquée aux bornes de l'ignitron 2IG se trouve dans sa demi-période négative.
Durant la demi-période au cours de laquelle l'ignitron IIG est conducteur, du courant circule de l'enroulement secondaire du transformateur 10T dont la prise médiane est mise à la terre, par le conducteur 108,la résis- tance R51, le redresseur RE44 et le condensateur C24, et de là en retour via la terre à la prise médiane de l'enroulement secondaire du transformateur 10T. De ce fait, le condensateur C24 se charge.
Lorsqu'au cours de la demi-période suivante (la demi-période au cours de laquelle l'ignitron 2IG doit s'allumer), la tension positive précitée est appliquée à l'élec- trode-porte du redresseur SCR6, ce redresseur étant rendu conduc- teur tandis que le condensateur C24 se décharge dans un circuit allant de la borne supérieure de ce condensateur, par le conduc- teur 110, l'enroulement primaire du transformateur 3T, le con- ducteur 112, l'anode et la cathode du redresseur SCR6, à l'autre borne du condensateur C24. Ce courant de décharge traversant l'enroulement primaire du transformateur 3T crée l'impulsion qui allume le dispositif d'allumage SCR2,allumant lui-même l'ignitron 2IG.
On observera aussi que, puisque le condensateur '
C24 est chargé durant une demi-période tandis qu'il décharge son énergie dans le circuit d'allumage durant la demi-période suivante, il n'y a qu'une possibilité d'allumer l'ignitron 2IG dans toutes les périodes données, ce qui fait ressortir un aspect de Importance du moyen qui assure que l'ignitron soit préparé à s'allumer avant que l'impulsion soit transmise.
Des commandes et des protections correspondantes sont prévues pour le circuit d'allumage 102 de l'ignitron 1IG,
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avec évidemment l'inversion de phase requise. C'est ainsi que, dans le dispositif d'allunage de l'ignitron 1IG, la contre- partie de la tension apparaissant sur le collecteur du transistor
3Q est dérivée de l'autre moitié du transformateur de détection 4T, c'est-à-dire de la partie de l'enroulement secondaire de ce transformateur comprise entre le conducteur 114 et la prise médiane mise à la terre. De façon semblable, la tension de charge de la contre-partie du condensateur C24 appartenant à l'autre dispositif d'allumage est dérivée de la phase opposée de la tension apparaissant aux bornes du transformateur 10T.
Comme précité, le moment auquel le potentiel de la base du transistor 3Q change, détermine le point d'allumage de l'ignitron 2IG. Le moment de la période où ceci se produit est déterminé par un circuit de commande de chaleur. Ce circuit peut être du type décrit dans le brevet anglais numéro 1.067.893 dans lequel le minutage est amorcé à un instant présélectionné de l'onde de tension de-réseau, ce minutage se maintenant pendant un temps déterminé par le taux de charge d'un condensateur de ce circuit au travers d'un circuit à résistance comprenant une résistance variable de réglage de la'chaleur et une résistance variable de réglage du facteur de puissance.
La résistance varia- ble de réglage du facteur de puissance a été prévue pour pouvoir choisir le temps qui s'écoule entre le point de zéro degré ou de 180 de l'onde de la tension de réseau et le point où la tension d'anode de l'ignitron s'inverse réellement sous l'influence de la composante inductive de la charge de la soudeuse par résistance. Les commandes thermiques habituelles retardent normalement l'allumage des ignitrons (ou d'autres redresseurs cordés) d'un angle variable mesuré par rapport à un point
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de référence sur la courbe de la tension de réseau, habituelle- ment le point de zéro degré et de 1800 de cette courbe. Un réglage à 100% de chaleur entraîne l'application du courant d'allumage aux ignitrons à l'endroit de ce point.
Cependant, l'ignitron ne peut s'allumer que si la tension entre l'anode et son bain de mercure a la polarité correcte et l'amplitude ' voulue. Dans le cas d'ignitrons connectés dos à dos, cette conduction correcte ne peut être remplie que lorsque l'autre ignitron de la paire s'est éteint. Une caractéristique des redresseurs commandés comme les ignitrons réside en ce qu'une fois qu'un ignitron est allumé, celui-ci reste conducteur aussi longtemps qu'un courant de maintien minimum est présent.
En la présence de la charge normalement inductive d'une soudeuse par résistance, le courant retarde sur la tension., de sorte que l'ignitron conducteur continue normalement à laisser passer le courant une fois que la tension de réseau s'est inversée @ c'est-à-dire au-delà du point de zéro degré ou de 1800 de la courbe de la tension de réseau. Un exemple est donné à la figure 3-
Durant une partie de la première demi-période négative de la courbe de la tension de réseau E, l'ignitron négatif est conduc- teur. La tension de réseau s'inverse à hauteur du point marqué zéro degré sur cette courbe. Cependant, le courant traversant l'ignitron et la charge retarde sur la tension de réseau à cause de la présence de la composante inductive de la charge.
Dans le cas de la figure 3, on suppose que la charge est telle que le courant I retarde sur la tension d'environ 37 (facteur de puissance de 80%). De ce fait, l'ignitron conducteur reste conducteur au-delà du point marqué zéro degré et cela jusqu'au moment où le courant traversant l'ignitron'.tombe au-dessous de sa
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valeur de maintien. Lorsque cela se produit, la tension sur l'ignitron positif (non conducteur) s'inverse et si l'allumage se .produisait exactement à ce moment (qui se présente plus-tard que le point marqué zéro degré sur la courbe de la tension de réseau) on obtiendrait 100% de chaleur.
Dans la pratique couran- te, on compense l'influence du facteur de puissance en réglant ; la résistance variable de facteur de puissance du brevet anglais précité. Normalement, l'opération initiale consiste à monter la pièce à souder, après quoi on règle la commande thermique à 100% et on règle la @@mande du facteur de puissance de façon à l'égaler au retard @@@@ le point de zéro degré au de 180 de l'onde de t@n@ .., @@ le point d'extinction de l'ignitron conducteur avec cette charge (ce qui s'approche du point de zéro degré de la courbe de courant I).
Dans de nombreux cas, ce réglage est rarements modifié même si on soude différents types ou différentes épa@seurs de pièces, ce qui entraîne un glissement résultant du facteur de puissance de la charge.
Dans le dispositif représenté aux figures 1 et 2, le réglage du facteur de puissance s'effectue automatiquement et de façon continue, et le minutage du retard (sélectionné par la commande de chaleur) est amorcé non au point de zéro degré ou de 180 de l'onde de tension de réseau ni en tout autre point fixe par rapport à l'onde de tension de réseau mais plutôt au moment de l'inversion de la tension aux bornes des ignitrons.
Le minutage est donc amorcé en un point qui correspond effec- tivement à l'angle du facteur de puissance.
Comme la figure 3 le montre, le courant descend ' au-dessous de la valeur de maintien à l'endroit du point "A", ce point étant proche du point zéro de la courbe de courant I.
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En ce point, la tension aux bornes des deux ignitrons saute assez brusquement à la valeur instantanée de la tension de réseau, c'est-à-dire la valeur correspondant au point "B".
La tension aux bornes des ignitrons suit alors la courbe de tension de réseau sinusoïdale jusqu'au moment où la commande de chaleur allume l'ignitron positif. Dans le cas de la figure 3, ceci est suppos6 se produire au point "C". Lorsque l'ignitron positif s'allume, la tension aux bornes des deux ignitrons tombe brusquement à une faible valeur positive déter- minée par la chute de tension aux bornes de cet ignitron.
Ceci est représenté par la tension "D" de la figure 3. Au point de 1800 de la courbe de tension "E", la tension de réseau s'inverse. Cependant, comme il y a toujours du courant qui circule dans l'ignitron conducteur, la tension aux bornes des ignitrons se maintient au niveau "D" jusque ce que le courant tombe au-dessous de sa valeur de maintien, c'est-à-dire au point "F". A ce moment, l'ignitron positif conducteur s'éteint et la tension aux bornes des ignitrons saute brusquement à la valeur instantanée négative de la courbe de tension de réseau, comme cela est représenté au point "G".
La tension aux bornes des ignitrons suit alors la courbe de la tension de réseau sinusoïdale jusqu'à atteindre le point "H" où le circuit d'allumage allume l'ignitron négatif 1IG, ce qui provoque une chute de tension aux bornes des ignitrons jusqu'au niveau marqué "J" sur la figure 3.
Dans le dispositif des figures 1 et 2, l'amorçage du minutage du retard d'allumage dans chaque demi-période est provoqué par détection de l'inversion de la tension aux bornes des ignitrons aux points "A" et "F" de la.-figure 3 et cette
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détection s'effectue au moyen du même transformateur 4T , utilisé pour empêcher une application prématurée des impulsions d'allu- mage aux circuits d'allumage. Les deux extrémités de l'enroule- ment secondaire à prise médiane du transformateur 4T sont reliées par des conducteurs respectifs 114 et 104 à des diodes respec- tives RE9 et RE12.
Durant la période de conduction de l'un ou l'autre des ignitrons, lorsque la tension aux bornes des ignitrons (et entre leurs anodes) se maintient à un niveau constant, aucune tension n'est induite aux bornes de l'enroule- ment secondaire du transformateur 4T. Au contraire, lors de l'extinction de l'ignitron conducteur, la tension aux bornes des ignitrons (et la tension entre leurs anodes) varie brusquement dans un sens positif ou négatif, à l'endroit des points "A" et "F" de la figure 3.
A ce moment, une tension est induite dans l'enrou- lement secondaire du transformateur 4T et du courant circule d'une source de tension positive, par la résistance R68, la résis- tance R66, le redresseur approprié parmi les redresseurs RE9 et RE12, le conducteur 104 ou 114 et la moitié de l'enroulement secondaire du transformateur 4T qui est négative à ce moment.
Ceci provoque uno diminution brusque de la tension sur la base du transistor 4Q, de sorte que ce transistor cesse d'être conducteur. Il s'ensuit que la tension du collecteur de ce transistor 4Q augmente et que ce potentiel positif augmenté est appliqué via le conducteur 122 de manière à faire circuler du courant par la résistance R58, un potentiomètre de réglage de gamme de chaleur P2 (une partie du courant circulant vers la terre au travers de la résistance R61) , la insistance variable de réglage de la chaleur P5, la résistance R60 et le condensa- teur C27, vers la terre.
Ce courant de charge continue à circuler
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pendant le temps voulu parce qu'après l'extinction de l'ignitron @ précédemment conducteur et la variation brusque de tension. qui en résulte aux bornes de cet ignitron, la tension entre les anodes des deux ignitrons actuellement non conducteurs suit la courbe de la tension de réseau sinusoïdale, continuant à induire ainsi une tension dans l'enroulement secondaire du transformateur 4T afin de maintenir le transistor 4Q non conducteur. La charge du condensateur C27 au travers du chemin résistif précité détermine le temps qui s'écoule dans la demi- période avant l'allumage de l'ignitron, c'est-à-dire qu'elle détermine l'angle d'allumage.
On remarquera que la charge a été amorcée au moment de l'extinction de l'ignitron précédem- ment conducteur de manière à obtenir un réglage automatique du facteur de puissance.
Lorsque la tension aux bornes du condensateur @@@ atteint la valeur présélectionnée, le transistor à jonction unique UJT3 devient conducteur de la manière décrite, provoquan@ ainsi une augmentation du potentiel sur la première base à cause de la chute de tension aux bornes de la résistance de charge R59, cette augmentation de la tension étant appliquée via la diode RE50 à l'électrode-porte du redresseur commandé au silicium SCR7. Ce redresseur est donc rendu conducteur et du courant traverse l'enroulement secondaire du transformateur 10T en passant par le circuit redresseur à double alternance RE47 et RE48, la résistance de charge R55 et le redresseur SCR7, pour aboutir à la terre.
Il s'ensuit que le potentiel de l'anode du redresseur SCR7 tombe à une valeur positive faible proche du potentiel de terre et cette chute de la tension est communiquée, via la diode RE46, le conducteur 126 et la résistance
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R46, à la base du transistor 3Q de manière à rendre ce dernier transistor non conducteur, comme cela a été décrit. Ceci produit l'impulsion d'allumage qui allume l'ignitron correspondant.
Au moment de cet allumage, la tension apparaissant aux bornes de l'enroulement primaire du transformateur 4T tombe à la valeur de la tension d'arc et, durant la période de régime, aucune tension de signal n'est appliquée à la base du transistor 4Q, cette base étant rendue notablement positive par le potentiel y appliqué au travers de la résistance R68. Le transistor 4X devient ainsi conducteur et abaisse le potentiel sur la seconde base du transistor à jonction unique UJT3 à une valeur proche du potentiel da terre. Ceci permet au condensateur C27 de se décharger en vue de la'demi-période suivante de fonctionnement du dispositif.
Quoique @ .:'onctionnement du dispositif ait été décrit dans le cas d'un @@2le typique, il va de soi qu'on peut choisir différents angles d'allumage et que, si on le désire, ceci étant d'ailleurs préférable, on peut imposer un retard minimum (par exemple le retard de 87,5 décrit dans le brevet anglais précité) à la' première demi-période de fonctionnement du dispositif au cours de chaque soudure. Ceci peut s'effectuer de toute manière appropriée, par exemple en utilisant un circuit porte "ET"semblable à celui utilisé dans le dispositif du brevet anglais précité.
Quoique l'on ait utilisé l'expression "redresseur commandé" dans la présente demande da brevet, on comprendra que les ignitrons ou leurs équivalents ne remplissent pas exacte- ment une fonction de redressement dans les dispositifs des dessins annexés, l'utilisation de cette expression ne signifiant pas
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que les dispositifs utilisés doivent en fait redresser du courant.
On remarquera en outre que le transformateur 4T du dispositif des figures 1 et 2 sert de moyen de détection pour détecter effectivement le facteur de puissance de la charge et pour produire un signal représentant ce facteur de puissance.
Les circuits de commande de la chaleur sont commandés par le transformateur de détection ou par un moyen de détection équivalent dans ou aux bornes d'une partie du circuit de charge, du fait que ces circuits sont sensibles au signal produit par ce transformateur. Il est évident que la commande de chaleur elle-même consiste en principe en une sorte de minuterie qui règle le retard entre le début du minutage et le moment où les ignitrons ou leurs équivalents sont allumés au cours de chaque demi-période. Dans le dispositif des figures 1 et 2 ce minutage est réellement amorcé par le moyen de détection. Cet amorçage se produit, dans la forme d'exécution représentée, au moment où l'ignitron conducteur devient non conducteur, ce qui coïncide dans tous les cas pratiques, avec le moment où le courant en retard sur la tension tombe à zéro.
Par conséquent, le signal produit par le transformateur indique le retard entre le point zéro de la courbe de tension et le point zéro de la courbe de courant, indiquant ainsi la valeur du facteur de puissance de la charge.
Bien que la forme d'.exécution de la figure 2 utilise des ignitrons commandés par des redresseurs commandés au silicium, il va de soi que comme cela se fait pratiquement les redresseurs commandés au silicium peuvent être utilisés eux-mêmes directement comme des moyens commandés pour rétablir les connexions entre la source d'énergie et le transformateur de soudage (par exemple en supprimant les ignitrons de la
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figure 2, la cathode du redresseur commandé au silicium SCR2 étant directement reliée à l'anode du redresseur commandé au silicium correspondant dans le circuit d'allumage 102 tandis que la cathode de ce dernier redresseur est directement reliée à l'anode du premier redresseur, les ignitrons étant omis), à condition que la charge traitée soit toile qu'elle puisse être desservie,
dans une installation donnée, par des redresseurs commandés au silicium.
Revendications.
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1. Commande de soudage par résistance pour connecter sélectivement une charge ayant un facteur de puissance à une source de courant alternatif durant chacune d'au moins certaines demi-périodes de la tension alternative pour chaque soudure, caractérisée en ce qu'il comprend un moyen de détection du facteur de puissance de la charge et une commande thermique commandée par le moyen de détection à l'effet de commander les connexions entre la charge et la source.