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COMMANDE MONOPHASEE A FREQUENCE BASSE.
La présente invention se rapporte aux appareils à décharge élec- trique,en particulier aux appareils de soudure par résistance et notamment aux appareils dénommés soudeuses à fréquence basse, décrits dans les brevets belges n s 488.208, 491.407, 491.408 et 492.304.
Les appareils décrits dans ces brevets comportent plusieurs val- ves à décharge électrique, de préférence des ignitrons, intercalées entre un réseau d'alimentation monophasé ou triphasé et une charge telle que le primai- re d'un transformateur de soudure. Les dispositifs à décharge sont connectés entre ce primaire et le réseau de telle façon et sont commandés de manière que le primaire est parcouru par un courant dont la fréquence est nettement inférieure à celle du réseau.
Ces appareils fonctionnent bien dans l'ensemble. On a cependant constaté en fonctionnement qu'à l'occasion certaines des valves à décharge électrique qui conduisent le courant de charge, sont surchauffées. Ces val- ves sont parfois portées à des températures supérieures aux températures de service de ces dispositifs à décharge et sont sévèrement endommagées.
L'invention a donc pour but principal de produire des appareils à décharge-électrique pour transformer du courant provenant d'un réseau mono- ou polyphasé en un courant de fréquence plus basse, qui fonctionneront sans surchauffe excessive des valves à décharge électriques qu'ils contiennent.
L'invention est basée sur la constatation suivante : dans les ap- pareils construits conformément aux brevets précités, chacune des valves à dé- charge servant à conduire du éourant d'une polarité du réseau à la charge con- duit un courant d'amplitude notablement différente que les autres valves. On a constaté que le rapport entre le courant de la valve conduisant le courant maximum et le courant de la valve conduisant le courant minimum augmente quand le facteur de puissance de l'appareil décroît et qu'il peut être nette-
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ment supérieur à l'unité. Certaines de ces valves à décharge,ont été surchauf- fées à cause du courant excessif.
Conformément à la présente invention, un appareil convertisseur est produit dans lequel les valves à décharge intercalées entre le réseau et la charge sont de différentes classes de puissance, les valves connectées de façon à conduire le courant le plus faible ayant une puissance nettement plus faible que celles devant conduire le courant le plus élevé. La surchauffe et la détérioration de ces dernières valves à décharge sont ainsi évitées.
Diverses formes d'exécution préférées de l'invention sont repré- sentées à titre d'exemple aux dessins annexés.
La figure 1 est un graphique montrant la relation qui existe entre les courants conduits par les différentes valves à décharge principales ee 1' appareil du type représenté dans -le brevet N 491.408.
La figure 2 est un schéma de connexions d'une forme d'exéction préférée de l'invention, et @
La figure 3 est un schéma de connexions d'une variante de l'inven- tion.
La compréhension du fonctionnement de l'appareil représenté aux figures 1 et 2 du brevet n 481.408 facilitera l'explication de la présente invention. Dans l'appareil représenté aux figures 1 et 2 du brevet n 491.408, le courant passe d'un réseau monophasé 3-5 au primaire 7 d'un transformateur de soudure 9 par l'intermédiaire d'une paire d'ignitrons 11 et 13 et d'une pai- re d'ignitrons 15 et 17, respectivement. Pendant un train de demi-périodes successives du réseau les ignitrons 11 et 17 conduisent alternativement; pen- dant un train suivant de demi-périodes successives, ce sont les ignitrons 13 et 15 qui conduisent alternativement le courant. Quand l'ignitron 11 est con- ducteur, le courant passe de la barre 5 par l'ignitron 11 et descend par la partie supérieure du primaire 7 vers la barre3.
L'ignitron 17 conduit pendant la demi-période suivante quand la barre 3 est positive et la barre 5 négative; le courant descend de la barre 3 dans la moitié inférieure du primaire, passe par l'ignitron 17 et retourne à la barre 5. Quand les ignitrons 13 et 15 sont conducteurs le courant passe en montant dans les moitiés respectives du pri- maire 7. Le primaire est ainsi parcouru par un courant dont la fréquence est notablement inférieure à celle du réseau. Dans le brevet n 491.408 est décrit à titre d'exemple le fonctionnement de l'appareil quand chacune des paires d'ignitrons 11-17 et 13-15 respectivement est conductrice pendant quatre de- mi-périodes successives du réseau.
La figure 1 des dessins ci-annexés montre le courant dans les ignitrons 11 et 17 (ou 13 et 15) de l'appareil représenté dans le brèves n 491.408 en fonction du temps. Le rapport entre le courant réel et le cou- rant moyen théorique est porté en ordonnées et le temps en abscisses évalué' en degrés correspondant à des points le long d'une onde du courant de réseau.
Les cinq courbes données correspondent à des fonctionnements avec des facteurs de puissance différents; comme indiqué, la courbe inférieure correspond à un facteur de puissance de 60% et la plus élevée à un facteur de puissance de 20%. Chaque courbe comprend quatre demi-alternances correspondant chacune au courant conduit par l'ignitron 11 ou l'ignitron 17 comme indiqué le long de l'axe des temps.
Le tableau'suivant représente la relation liant les divers fonc- tions et paramètres représentés par les courbes.
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Surfaces des Alternances
EMI3.1
<tb> F <SEP> de <SEP> P <SEP> Alt <SEP> 1 <SEP> Alt <SEP> 2 <SEP> alt <SEP> 3 <SEP> alt <SEP> 4 <SEP> Alt <SEP> 1+3 <SEP> Alt <SEP> 2+4 <SEP> Alt <SEP> 2+4
<tb>
<tb>
<tb> % <SEP> alt <SEP> 1+3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 20 <SEP> 176 <SEP> 323 <SEP> 405 <SEP> 570 <SEP> 581 <SEP> 893 <SEP> 1.
<SEP> 53
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 30 <SEP> 164 <SEP> 262 <SEP> 307 <SEP> 375 <SEP> 471 <SEP> 637 <SEP> 1.35
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 40 <SEP> 152 <SEP> 223 <SEP> 241 <SEP> 269 <SEP> 393 <SEP> 492 <SEP> 1.25
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 50 <SEP> 140 <SEP> 186 <SEP> 196 <SEP> 210 <SEP> 336 <SEP> 396 <SEP> 1,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 60 <SEP> 130 <SEP> 158 <SEP> 162 <SEP> 170 <SEP> 292 <SEP> 328 <SEP> 1,12
<tb>
Dans ce tableau, les superficies délimitées sous les diverses demi-alternan- ces de la courbe et correspondant à chacun des facteurs de puissance sont énumérées dans les colonnes 2, 3, 4 et 5. Ces superficies sont proportionnel- les au courant total des ignitrons correspondant aux demi-alternances.
Les colonnes 6 et 7 comportent les superficies additionnées des alternances 1 et 3 et des alternances 2 et 4, respectivement. Le total pour les alternances 1 et 3 représente dans chaque cas le courant total de l'ignitron 11 et le to- tal pour les alternances 2 et 4 représente les courants correspondants de l'ignitron 17. La colonne 8 donne le rapport entre le total des alternances 1 et 3 pour chaque facteur de puissance et le total des alternances 2 et 4 c'est-à-dire en fait les rapports des courants du tube 17 et du tube 11. Ce rapport est notablement supérieur à l'unité pour n'importe quel facteur de puissance et atteint 1,53 pour le facteur de puissance le plus bas de 20%.
Si on choisit les ignitrons de manière qu'ils puissent condui- re sans danger le courant le plus élevé, les ignitrons 11 et 13 seront trop puissants et le coût de l'appareil serait inutilement élevé. Dans certains appareils mis en service et en observation, les ignitrons ont été choisis de manière à correspondre au courant le plus faible. Les ignitrons 15 et 17 sont dans ce cas trop faibles et si l'on utilise l'appareil avec un facteur de puissance faible ou avec les électrodes de soudure en court-circuit, les ig- nitrons s'échauffent exagérément et se détériorent.
L'appareil représenté à la figure 2 comprend un transformateur de soudure 301 'dont le primaire 303 a une prise intermédiaire. Celle-ci est re- liée à un conducteur de ligne 305 d'un réseau d'alimentation. Les prises d' extrémité du primaire sont reliées toutes deux à l'autre conducteur 307 par l'intermédiaire d'une paire d'ignitrons en anti-parallèle 311-313 et 315- 317 respectivement. Un ignitron 313 et 317 de chaque paire est plus puissant que l'autre ignitron 311 et 315. Les ignitrons 311 à 317 de chaque paire sont choisis de façon à pouvoir conduire les courants faibles et élevés' sans sur- chauffe.
Un thyratron d'allumage 319,321, 323 et 325 est associé à cha- cun des quatre ignitrons 311 à 317 respectivement. L'allumage de ces thyra- trons est réglé par un CONDUIT DE COMMANDE 327 identique au CIRCUIT DE COMMAN- DE représenté et décrit dans le brevet n 491.408. Les transformateurs 171, 193, 239 et 249 de la présente description sont identiques aux transformateurs du brevet précité portant les mêmes références. L'électrode de commande 329 d'un des thyratrons 319 est relié à sa cathode 331 par le secondaire 174 du transformateur 171 dans ce CIRCUIT DE COMMANDE et par une polarisation 333.
L'électrode de commande 335 d'un second thyratron 325 est reliée à sa catho- de 337 par le secondaire 191 du transformateur 193 et par une polarisation 339. L'électrode de commande 341 d'un troisième thyratron 323 est reliée à sa cathode 343 par le secondaire du transformateur 239 et par une polarisa- tion 345. L'électrode de commande 347 du quatrième thyratron 321 est reliée à sa cathode 349 par le secondaire du transformateur 249 et par une polarisa- tion 351.
Le fonctionnement du CIRCUIT DE COMMANDE est réglé par une MINUTERIE et le circuit de DETERMINATION DE FREQUENCE 353 représentés et décrits en dé- tail dans le brevet n 491.408 Les transformateurs numérotés 149 et 221 de
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la présente description sont identiques aux transformateurs du brevet précité portant les mêmes références.
Quand l'appareil est au repos, les polarisations 333, 339, 345 et 351 maintiennent les thyratrons respectifs 319, 325, 323 et 321 non-conduc- teurs et les ignitrons associés 311, 317, 315 et 313 sont non-conducteurs.
En fonctionnement, des impulsions sont fournies par le transformateur 149 aux débuts de chaque période d'un premier train de périodes du réseau;.et ensui- te des impulsions sont fournies par le transformateur 221 aux débuts'de cha- que période d'un second train de périodes de réseau suivant le premier train.
De préférence, le nombre de périodes de ce dernier train sera égal au nombre de périodes du premier train; par exemple on peut avoir deux périodes dans chaque-train. Une impulsion délivrée au début d'une période par le transfor- mateur 149 force le transformateur 171 à délivrer une impulsion pendant la pre- mière demi-période de cette période et le transformateur 193 à délivrer une impulsion pendant l'autre demi-période de polarité opposée. Les deux impul- sions délivrées par le transformateur 149 forcent donc les transformateurs 171 et 193 à délivrer alternativement des impulsions pendant quatre demi-pério- des successives du réseau.
De même, les deux impulsions suivantes délivrées. par le transformateur 221 forcent les transformateurs 239 et 249 à délivrer quatre impulsions pendant quatre demi-périodes successives du réseau. Chacu- ne des impulsions délivrées par les transformateurs 171, 193, 239 et 249, res- pectivement, s'oppose à la polarisation d'un thyratron d'allumage .associé 319, 325, 323, et 321 respectivement. Chacun de ceux-ci à son tour fait pas- ser le courant dans les igniteurs des ignitrons 311, 317, 315 et 313 respec- tivement, rendant les ignitrons conducteurs.
Durant les demi-périodes pendant lesquelles les transformateurs- 171 et 193 délivrent les impulsions, le courant passe d'abord d'une barre 307 par l'ignitron 311 de faible puissance et la moitié de gauche du primai- re 303 du transformateur de soudure 301 et retour à l'autre barre 305 et en- suite,une demi-période plus tard, le courant passe de la dernière barre 305 par la moitié droite du primaire 303 et l'ignitron 317 de grande puissan- ce pour revenir à la barre 307 citée en premier lieu. Le courant circule donc de gauche à droite dans le primaire 303 du transformateur de soudure et augmente de la manière indiquée dans les graphiques de la figure 1. Le courant maximum circule dans l'ignitron 317 de grande puissance et le cou- rant minimum circule dans l'ignitron 311 de faible puissance..
Pendant les demi-périodes suivantes quand les transformateurs 239 et 249, respectivement, délivrent leurs impulsions le courant circule d'abord de la barre supérieure 307 par l'ignitron 315 de faible puissance, la moitié droite du primaire 303 du transformateur de soudure 301 pour at- teindre l'autre barre 305 et ensuite de la dernière barre 305 par la moi.- tié gauche du primaire 303, l'ignitron 313 de grande puissance et retour à la première barre 307. Maintenant le courant circulant de droite à gauche dans le primaire 303 du transformateur de soudure se développe, le courant faible circulant dans l'ignitron 315-de faible puissance et le courant maxi- mum circulant dans l'ignitron 313 de grande puissànce.
Dans l'appareil représenté à la figure 2 chacun des ignitrons est choisi de façon à avoir une puissance adaptée au courant qui le traverse. On évite donc ainsi le coût trop élevé en prenant des ignitrons trop puissants 311 et 315 ou les détériorations dues à l'emploi d'autres ignitrons trop faibles 317 ou 313.
Dans l'appareil représenté à la figure 2 les thyratrons d'alluma- ge 319 à 325 sont tous représentés de même format. L'invention comprend aussi les appareils dans lesquels les valves telles que les ignitrons 317 et 313 sont de plus forte puissance et nécessitent des thyratrons d'allumage plus puissants que des valves, telles que les ignitrons 311 et 315, de puissance plus faible.
Dans l'appareil représenté à la figure 3 le courant dérivé des barres triphasées 401, 403 et 405 est fourni en cascade aux primaires 407,
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409 et 411 d'un transformateur de soudure 413 par l'intermédiaire de trois paires d'ignitrons 415-417,
419-421 et 423-425. Un primaire 407 du transfor- mateur de soudure 413 est connecté par une paire d'ignitrons 415 et 417 mon- tés en anti-parallèle entre deux barres 401 et 403. Un deuxième primaire'409 est connecté par une seconde paire d'ignitrons 419 et 421 montés en anti-paral- lèle entre une des barres susmentionnées 403 et la troisième barre 405. Ces derniers ignitrons 419 et 421 sont de plus grand format que les premiers 415 et 417. Le troisième primaire 11 est connecté entre une des dernières barres 405 et les barres restantes,
les barres mentionnées en premier lieu 401 par l'intermédiaire d'une troisième paire d'ignitrons 423 et 425 montés en anti- parallèle. Ceux-ci 423 et 425 sont plus puissants que les ignitrons 419 et 421 de la seconde barre. Chacun des ignitrons 415 à 425 est pourvu d'un thy- ratron d'allumage 427, 429, 431 433, 435 et 437 respectivement du format vou- lu pour réaliser l'allumage convenablement.
Dans le circuit de commande de chaque thyratron 27 à 437 un condensateur de polarisation 439, 441, 443 445, 447 et 449 respectivement est chargé par le réseau 401-403 à travers un trans- formateur 451, 453', 455, 457, 459 et 461 respectivement, et un redresseur est prévu 463 465, 467, 469, 471 et 473 respectivement. La polarisation maintient chacun des thyratrons d'allumage 427 à 437 non-conducteurs quand l'appareil est à l'état de repos.
Les thyratrons d'allumage sont réglés par un CIRCUIT DE COMMANDE 475 tel que celui représenté à la figure 2 du brevet n 491.407. Les paires de conducteurs numérotés 21, 22, 23,24, 25 et 26 à la figure 3 de, la présen- te description sont identiques aux paires de conducteurs de brevet susmen- tionné portant les mêmes indices de référence. Les conducteurs 21 sont con- nectés dans le circuit de commande du thyratron 427 en série avec le con- densateur 439; les conducteurs 22 à 26 sont connectés de même dans les cir- cuits de commande des thyratrons respectifs 429 et 437. Le fonctionnement du CIRCUIT DE COMMANDE est déterminé par la MINUTERIE et le CIRCUIT DE DETERMINA- TION DE FREQUENCE 477 représentés à la figure 3 du brevet n 491.407.
Les pai- res de conducteurs 66 et 80 à la figure 3 de la présente description sont les mêmes que les paires'de conducteurs 66 et 80 du brevet précité.
En fonctionnement des impulsions sont fournies au début de cha- que période pendant un train de périodes du réseau par l'intermédiaire des conducteurs 66 au CIRCUIT DE COMMANDE, et par l'intermédiaire des conducteurs 80 au début de chaque période d'un train de périodes suivant. Pendant chacu- ne de ces premières périodes des impulsions passent par les conducteurs 21, 22 et 23, et par les conducteurs 24,25 et 26 lors des dernières périodes. Ces impulsions citées en dernier lieu ont des phases telles qu'elles sont appli- quées au moment où la barre 401, 403 ou 405, à laquelle l'anode 479, 481, ou 483, 485, ou 487, 489 est connectée, se trouve à un potentiel positif par rap- port aux autres barres.
Ainsi chaque impulsion fournie par les conducteurs 21 ou 24 est appliquée quand la barre supérieure 401 ou la barre centrale 403 est positive par'rapport aux autres, chaque impulsion fournie par les conducteurs 22 ou 25 est appliquée quand la barre centrale 403 ou la barre inférieure 405 est positive par rapport aux autres, et chaque impulsion fournie par les con- ducteurs 23 ou 26 est appliquée quand la barre inférieure 405 ou la barre su- périeure 401 est positive par rapport aux autres.
Chaque impulsion s'oppose à son tour à la polarisation du thyratron associé 427 à 437 et fait conduire 1' ignitron associé 415 à 425 Le courant passe donc, en suivant, d'abord de la barre supérieure 410 par un ignitron de petit format 415, un primaire 407 du transformateur de s'oudure 413 à la barre centrale 403; ensuite de la barre cen- trale 403 par un ignitron 419 de format moyen, un autre primaire 409 du trans- formateur à la barre inférieure 405; et enfin de la barre inférieure 405 par un ignitron 423 de grand format, le primaire 411 restant à la barre supérieurr 401.
Pendant que les trois ignitrons 415, 419, 423 continuent à conduire en cascade, le courant d'une polarité s'accumule dans le transformateur de soudu- re 413, l'ignitron 415 de petit format cônduisant le courant faible, l'igni-- tron 419 de format moyen conduisant du courant moyen et l'ignitron 423 de grand format conduisant le, courant maximum.
Au début de chaque période d'une série de périodes du réseau, qui
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suivent pendant laquelle des impulsions sont appliquées par les conducteurs 66, des impulsions sont appliquées par les conducteurs 80- Des impulsions sont transmises en cascade pendant chacune des périodes par les conducteurs 24, 25 et 26, respectivement, Les autres ignitrons 417, 421 et 425 de chaque paire sont maintenant rendus conducteurs.
L'ignitron 417 de petit format conduit le courant le premier en partant de la barre centrale 403 par le primaire associé 407, pour aboutir à la barre supérieure 401; ensuite l'ignitron 421 de format moyen conduit le courant de la barre inférieure 405 par le premaire associé 409 à la barre centrale 403;
enfin l'ignitron 25 de grand format conduit le courant de la barre supérieure 401 par le primaire 411 à la barre inférieure 405. C' est ensuite du courant de la polarité opposée qui est accumulé dans le transforma- teur 413 le courant le plus faible étant conduit par l'ignitron 417 de petit format,le courant moyen étant conduit par l'ignitron moyen 421 et le courant maximum étant conduit par l'ignitron de grand format 425.
Le cycle d'opérations décrit ci-dessus peut être répété à volonté pendant l'opération de soudure. Pendant chaque série de répétitions un courant de fréquence basse est fourni.pour la soudure.
Dans l'appareil de la figure 3 ainsi que dans celui de la figure 2 on évite le coût exagéré dû à l'emploi d'ignitrons de trop grand format pour leur permettre de conduire le courant maximum. et l'emploi d'ignitrons trop faibles. Chaque ignitron est choisi de façon à conduire le courant réel exia- tant en fonctionnement.
Des modifications peuvent être apportées aux appareils représen tés aux figures 2 et 3 sans sortir du cadre le plus large de l'invention.
Quoique l'appareil décrit ici est particulièrement destiné à la soudure, il peut être utilisé à d'autres fins, par exemple pour l'alimentation d'un bain d'électrolyse ou d'un moteur rotatif ou à mouvement alternatif à fréquence basse (par exemple un tamis à secousses). Les appareils représentés aux figu- res 2 et 3 peuvent aussi servir à fournir du courant continu. Dans ce cas un ignitron de chaque paire d'ignitrons montés en anti-parallèle est omis que ce soit le cas de la figure 2 ou celui de la figure 3.
Là où, dans la description et les revendications, il est question d'une conversion de courant d'une fré- quence élevée en une fréquence basse, il est entendu que l'invention comprend parmi les "fréquences basses" la fréquence zéro c'est-à-dire le courant conti- nu pour autant qu'il est possible d'inclure le courant continu dans le cadre de l'invention.
Des cas peuvent se présenter où dans un appareil du type représen- té à la figure 3, les ignitrons d'une paire montée en anti-parallèle sont d'un format et les ignitrons des autres paires sont d'un même format différent de celui des ignitrons de la première paire. Par exemple, les ignitrons (415, 417, 419, 421) qui conduisent le courant le plus faible et le courant moyen peuvent être du même format et les ignitrons (123, 25) qui conduisent le courant maxi- mum peuvent avoir un format plus grand, ou bien les ignitrons (419, 421 423, 425) qui conduisent les courants moyen et maximum peuvent être d'un format et les ignitrons (415, 417) qui conduisent le courant le plus faible, d'un format plus faible.
Dans la demande de brevet déposé ce jour pour "Commande triphasée!! est représenté un dispositif dans lequel le courant provient d'un réseau poly- phasé et est envoyé dans les primaires d'un transformateur de soudure unique- ment par l'intermédiaire de deux paires d'ignitrons connectés en anti-parallè- le. Des appareils de ce type peuvent comprendre des ignitrons de petit format pour conduire le courant le plus faible et des ignitrons de plus grand format pour conduire le courant le plus fort. L'appareil ainsi modifié fait partie de la présente invention.
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