LU81827A1 - Systeme de generation et d'autocontrole de la forme d'onde et de la tension ou du courant applicable a des procedes de coloration electrolytique de l'aluminium anodize - Google Patents

Description

JF"· . — ιΡ™ - 1 - 1 La présente invention concerne un système de génération d'onde de tension ou courant applicable à un procédé de coloration électrolytique de l'aluminium, ainsi qu'au système d'autocontrôle de cette onde.

5 Dans le champ d'application des procédés électro lytiques en général, et des procédés de coloration électrolytiques en particulier, se présentent des limitations et des difficultés multiples de différente nature, lorsqu'on utilise un courant alternatif.

; 10 Dans ce sens, dans les procédés électrolytiques il est normal que lorsque l'on immerge dans un électrolyte deux électrodes de nature différente, il apparaît entre celles-ci une tension continue qui dépend de la nature de ces électrodes et de la composition de l'électrolyte lui-15 même. Si entre les deux électrodes on applique un courant alternatif sinusoïdal, la tension de polarisation indiquée plus haut s'ajoute à la demi-onde alternative de même signe et se soustrait de celle de signe contraire, en provoquant, de façon plus ou moins importante, une asymétrie de la 20 forme d'onde appliquée.

De façon plus concrète, dans les procédés de coloration électrolytique de l'aluminium anodisé, la couche d'oxyde qui recouvre le métal présente deux caractéristique! particulières. En premier lieu, il s'agit d'une couche très 25 mince d'oxyde, non conducteur, qui, en s'interposant entre le métal et l'électrolyte, agit comme un condensateur. En second lieu, elle présente une plus grande facilité de transport des charges électriques du métal vers l'électrolyte lorsque le premier est négatif, cette facilité étant 50 moindre lorsqu'il est positif. Cet effet de semi-conducteur - 2 - 1 qui s'ajoute à l'effet de condensateur, fait que, lorsqu'on applique un courant alternatif, la demi-onde positive par rapport à l'aluminium circule plus difficilement que la demi-onde négative, ce qui donne lieu, à son 5 tour, à des chutes de tension différentes dans un sens et dans l'autre, et, par conséquent, la forme d'onde résultant de la tension appliquée n'est pas symétrique ce qui fait que l'on applique une tension d'un signe électrique déter-4 miné qui n'est pas toujours convenable. Ceci est dû à 10 l'effet de semi-conducteur tandis que d'autre part, et en raison de l'effet de condensateur, on sait que lorsqu'on applique un courant alternatif entre l'aluminium et l'autre électrode, le condensateur ainsi formé se charge à la tension de crête de l'onde appliquée et se décharge à une 15 vitesse plus réduite que celle de la diminution de tension due à la variation sinusoïdale.

Ceci fait que, tant la valeur moyenne que la valeur efficace de la tension résultante soient plus élevée) que les valeurs correspondantes de l'onde appliquée et que, 20 en outre, elles varient dans chaque cas en fonction de la capacité de la couche anodique, laquelle dépend de son épaisseur, de son état, du procédé d'obtention de cette couche, etc.

Cet effet est particulièrement important dans 25 l'industrie lorsque pour l'utilisation du courant alterna tif on emploie des thyristors. Dans ce cas, et en raison de la capacité élevée des couches employées couramment, qui peut atteindre 5 x 10^ microfarads, la forme d'onde résultante peut arriver, à son tour, à présenter une valeur 30 moyenne presque double de la valeur qui correspond à la - 3 - 1 tension appliquée, et qui dépend, comme toujours, exclusi vement des conditions et des caractéristiques de la couche d'oxyde.

C'est ainsi que, pour la même tension alternat iv( 5 appliquée, la tension résultante varie comme les caracté ristiques électriques de la charge, et par conséquent elle est difficilement contrôlable. Dans des procédés comme celi de coloration électrolytique, dans lesquels l'application de l'énergie électrique doit s'effectuer de façon très 10 précise, l'effet mentionné plus haut représente un inconvé nient sérieux que l'on a souvent essayé de résoudre par des systèmes de contrôle indirects, sans arriver à une solutior complètement satisfaisante.

D'autre part, l'utilisation de thyristors dans 15 l'industrie, pour le contrôle de courants alternatifs ou redressés par l'angle de passage du courant, donne lieu fréquemment à de graves problèmes d'interférences radioélectriques de solution difficile en conséquence de la conduction du thyristor lorsque la tension appliquée est 20 différente de zéro.

Avec le système générateur proposé par l'inventic on élimine toutes ces difficultés et on obtient un contrôle parfait de l'onde utilisée dans le procédé.

Ce système générateur de courant est basé sur 25 l'utilisation d'un amplificateur opérationnel pour le con- ’ trôle de la forme de la tension ou du courant appliquée à l'aluminium anodisé pour sa coloration électrolytique, ainsi que sur l'utilisation de transistors de très haute puissance qui fait que ces équipements sont utilisables 30 dans l'industrie avec les mêmes avantages que les thyristoi - 4 - Γ 1 utilisés en laboratoire.

Le système est constitué par une source de courant continu symétrique, pourvue d'un transformateur, de redresseurs, de filtres, etc., qui fournit, à partir 5 d'un réseau d'alimentation triphasé, une tension positive et une autre tension négative de la même valeur par rapport à un point central ou neutre qui constitue l'alimentation de l'une des électrodes.

A partir de cette source d'alimentation, le 10 système comporte un étage de contrôle de puissance consti tué par deux groupes de transistors de grande puissance, un amplificateur opérationnel bipolaire chargé de réaliser le contrôle de la forme de la tension ou de l'intensité que l'on appliquera à la charge à colorer, un contrôle extérieu 15 de demi-onde consistant en un ensemble de composants discrets de valeurs adéquates et convenablement disposés pour réaliser le traitement du signal détecté et l'appliquer à l'entrée de changement de signe de l'amplificateur opérationnel, un système de programmation constitué par 20 deux programmeurs de temps linéaires, l'un pour la program mation de l'onde anodique et l'autre pour la programmation de l'onde cathodique, et un générateur de signal qui constitue l'entrée positive ou entrée sans changement de signe de l'amplificateur opérationnel bipolaire.

25 Finalement, il a été prévu également un système de mesure et d'enregistrement qui détecte et qui sépare les paramètres électriques du courant que l'on applique à l'aluminium, et qui enregistre graphiquement et en fonction du temps les tensions anodiques et cathodiques ainsi que 30 les courants anodiques et cathodiques.

- 5 - · 1 On obtient de cette façon une application à la cellule ou à la cuve électrolytique d'une onde de tension ou de courant exempte à tout moment d'une déformation quelconque, en raison de son système d'autocontrôle qui est 5 toujours indépendant des caractéristiques électriques de la charge à colorer ainsi que de sa capacité, de sa polarisation, etc.

Du fait que l'on peut utiliser n'importe quel type d'onde, sans aucune déformation, lorsque l'on emploie 10 des ondes sinusoïdales, on évite complètement les problèmes d'interférences radioélectriques propres aux systèmes qui utilisent des thyristors avec régulation par réglage de l'angle de passage du courant.

Les déséquilibres de charge produits par l'uti-15 lisation de signaux séparés non continus sont distribués sur les 5 lignes du réseau de distribution triphasé et, par conséquent, le système est toujours équilibré.

En comparant continuellement le signal de référence avec la tension ou le courant réellement appliqué à 20 la charge dans le but de les rendre égaux, le système est autostable, tant en tension qu'en courant, et par conséquenl lorsque les conditions initiales ont été fixées, elles se maintiennent constantes quelle que soit la magnitude de la charge à colorer, sans qu'il soit nécessaire de procéder à 25 des modifications ou à des réglages en raison de celle-ci.

Le procédé permet d'utiliser n'importe quel type de programme électrique pour l·'appliquer à n'importe quel type de procédé de coloration, sans qu'il soit nécessaire de réaliser une modification quelconque sur l'équipement.

30 En même temps, le procédé est capable de fournir des I......" - 6 - 1 programmes pour d'autres procédés électrolytiques tels que l'anodisation, la formation de dépôts, etc.

Le procédé permet également l'utilisation de fréquences de courant différentes de celles du réseau d'ali 5 mentation qui sont très avantageuses pour des programmes de coloration.

Finalement, on enregistre continuellement les variations qui interviennent dans le procédé, ce qui permet de contrôler facilement la marche de celui-ci, de détecter 10 l'apparition de défauts, de corriger les erreurs, de réali ser des contrôles statistiques ainsi que d'automatiser complètement le procédé.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description 15 qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :

La figure 1 représente le schéma de principe du système de génération et d'autocontrôle de la forme d'onde et de la tension ou du courant applicable à des procédés de 20 coloration électrolytique de l'aluminium anodisé, qui fait l'objet de la présente invention.

La figure 2 est une représentation graphique de l'onde résultante, comparée avec l'onde appliquée et due à l'effet de condensateur.

25 La figure 5 représente finalement un graphique similaire à celui de la figure précédente, dans lequel on compare les mêmes ondes, mais dans le cas qui correspond au contrôle de l'onde appliquée au moyen de thyristors.

Dans ces figures, et en particulier dans la 50 figure 2, on peut voir, comme il a été dit plus haut, - 7 - 1 qu'en raison de l'effet de condensateur, lorsque l'on applique un courant alternatif 1 entre l'aluminium et l'autre électrode, on obtient un onde résultante 2 qui provoque une augmentation tant de la valeur moyenne que de 5 la valeur efficace de la tension résultante, par rapport à l'onde appliquée 1.

Lorsque, dans les installations industrielles, le contrôle du courant alternatif se fait en utilisant des thyristors, en raison de la grande capacité des charges 10 utilisées, l'onde résultante peut arriver à prendre la form» représentée dans la figure 3 et qui porte la référence 2, dans laquelle on peut observer que la valeur moyenne de la tension résultante est presque le double de la valeur qui correspond à la tension appliquée 1 et, comme il a été dit 15 plus haut, cette valeur dépend exclusivement des conditions et des caractéristiques de la couche d'oxyde.

Grâce au système qui fait l'objet de la présente invention, qui est représenté par le circuit de la figure 1 ces problèmes sont éliminés et l'on obtient une onde 20 appliquée à la charge autocontrôlée de façon parfaite à tout moment.

Le circuit est constitué à partir d'un réseau d'alimentation 3, généralement triphasé, auquel est relié un ensemble transformateur-redresseur 4 au moyen duquel on 25 obtient une tension positive 5 ainsi qu'une autre tension négative 6 par rapport à un point neutre central 7 de tension nulle.

Ce point neutre 7 constitue directement l'alimentation de l'une des électrodes 8 de la cuve électrolytique 30 9.

^ ' - 8 - mr 1 Les deux autres tensions 5 et 6 fournies par le transformateur-redresseur 4 sont appliquées à un étage de contrôle de puissance 10 constitué par deux groupes de transistors de grande puissance, l'un de polarité P et 5 l'autre de polarité K, qui sont chargés de contrôler les paramètres électriques des signaux négatif et positif, respectivement, qui sont appliqués à la charge à colorer qui est placée dans la cuve 9.

Bien que pour des raisons de simplification du 10 schéma on a utilisé dans celui-ci des transistors P et N, l'équipement peut être doté uniquement de transistors de puissance du type N.

En outre, le circuit comporte un amplificateur opérationnel bipolaire 11 chargé de réaliser le contrôle de 15 la forme de la tension ou de l'intensité que l'on applique ra à la charge à colorer. Il est doté de deux entrées, l'une de signal positif ou sans changement de signe, à travers laquelle on applique à l'amplificateur opérationnel 11 un signal de puissance réduite obtenu à partir d'un géné 20 rateur 12 et dont la forme coïncide avec celle que l'on doit appliquer à la charge à colorer. L'autre entrée de signal, c'est-à-dire l'entrée négative ou de changement de signe, reçoit le signal qui existe réellement sur les électrodes 8 de la cuve électrolytique 9, après traitement 25 approprié.

L'amplificateur opérationnel 11 compare à chaque instant la valeur, soit de la tension soit du courant, du signal que l'on désire appliquer, avec la valeur que préser te à ce même instant le signal qui est appliqué réellement, 50 en agissant sur l'autre paramètre, courant ou tension - 9 - P* 1 respectivement, de façon à obtenir que la différence entre les deux entrées positive et négative soit nulle, et par conséquent le signal appliqué à la charge sera identique, en tension ou en courant, au signal appliqué à l'entrée 5 sans changement de signe de l'amplificateur 11.

Comme il a été dit plus haut, à l'entrée négative ou entrée de changement de signe de l'amplificateur opérationnel 3 on applique le signal qui existe réellement entre les électrodes de la cuve électrolytique 9, après un trai-10 tement approprié. Ce traitement est réalisé par l'équipe ment de contrôle extérieur de demi-ondes 13, qui consiste en un ensemble de composants discrets, résistants, potentiomètres, etc., de valeurs appropriées, de telle façon que lorsque les résistances en question sont reliées en paral-15 lèle avec les électrodes, la valeur détectée sera la valeur de la tension, et le signal appliqué à la charge présentera une forme de tension identique à celle de la tension de référence fournie par le générateur de signal 12. De la même façon, lorsque la détection est réalisée par des résis 20 tances en série, la valeur détectée sera la valeur de l'intensité de courant et, par conséquent, cette intensité sera identique à la forme de l'intensité de courant produit par le générateur en question 12.

En ce qui concerne la valeur des composants 25 discrets en questions tels que résistances, potentiomètres, etc., l'utilisation d'une valeur déterminée donne lieu à une variation du facteur multiplicateur de l'amplificateur opérationnel 11, c'est-à-dire de son gain en tension ou en courant, et, du fait que les équipements de contrôle sont 30 différents pour chacune des demi-ondes, pour un signal - 10 - 1 d'entrée parfaitement symétrique on peut obtenir un signal de sortie dans lequel le rapport de tension ou de courant de la demi-onde positive et de la demi-onde négative aura une valeur quelconque désirée.

5 Le système de programmation est constitué par deux programmeurs de temps linéaires, l'un d'eux, 14, pour la programmation de l'onde anodique et l'autre, 15, pour la programmation de l'onde cathodique. En principe, ces programmeurs sont constitués par une résistance dont la valeur 10 varie de façon continue à une vitesse constante préalable ment sélectionnée. Lorsque cette résistance est substituée aux résistances existant dans l'équipement de contrôle de demi-ondes 15, chargées de faire varier le gain de l'amplificateur opérationnel 11, le pouvoir multiplicateur de 15 celui-ci varie linéairement en fonction du temps et présent« la forme d'une fonction G * f (t), tant pour l'onde anodiqu« que pour l'onde cathodique.

Le générateur de signal 12 est capable de produir« n'importe quel type de signal, continu ou alternatif, 20 extrêmement variable, ce qui permet d'obtenir des ondes sinusoïdales, triangulaires ou carrées, à des fréquences qui peuvent être ajustées de façon continue entre 0,1 Hz et 5 MHz, avec la possibilité de réaliser un balayage asymétrique et de faire varier le rapport entre.les périodes 25 actives et les périodes inactives, ainsi que de faire varie: le rapport entre les valeurs anodiques et les valeurs cathodiques, de réaliser le mélange de signaux continus et alternatifs, etc.

Finalement, le circuit comporte un système de 50 mesure et d'enregistrement qui porte la référence 16 dans

Claims (6)

1. 2.- SYSTEME DE GEHERATION ET D'AUTOCONTROLE DE U FORME D'ONDE ET DE LA TENSION OU DU COURANT APPLICABLE A 10 DES PROCEDES DE COLORATION ELECTROLYTIQUE DE L'ALUMINIUM ANODISE, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étage du contrôle de puissance est constitué par deux groupes de transistors de grande puissance, de façon que le groupe de polarité N se charge du courant anodique tandis 15 que le groupe de polarité P se charge du courant cathodique ces deux groupes de transistors étant reliés de façon que le point de liaison des émetteurs des deux groupes constitue l'alimentation d'une des électrodes de la cuves électrolytique, tandis que l'autre soit relié directement au 20 point de tension zéro de la source d'alimentation en courar continu, étant prévu que le contrôle des transistors en question soit fait par les hases de ceux-ci grâce à un système amplificateur dans lequel, à chaque instant, on compare la valeur de la tension ou du courant qui est applj 25 quée à ce moment à la charge, à la valeur de la tension ou du courant de référence appliquée à ce moment à l'amplificateur, le tout de façon à ce que l'amplificateur opérationnel en question annule la différence entre les valeurs de tension ou de courant mentionnées et de façon à ce que, 30 par conséquent, la forme d'onde appliquée à la charge soit * « - 13 - » V % ' 1 identique à la forme d'onde de référence appliquée à l'amplificateur.
2. 3. SYSTEME DE GENERATION ET D'AUTOCONTROLE DE LA FORME D'ONDE ET DE LA TENSION OU DU COURANT APPLICABLE A
3. 5 DES PROCEDES DE COLORATION ELECTROLYTIQUE DE L'ALUMINIUM ANODISE, selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que le contrôle de l'amplificateur opérationnel se fait au moyen de composants discrets extérieurs à celui-ci, groupés en deux branches, l'une pour le contrôle de l'onde 10 anodique et l'autre pour le contrôle de l'onde cathodique, étant prévu que ces composants discrets soient contrôlés par des programmeurs, un pour chaque demi-onde, de façon à ce que les facteurs multiplicateurs du signal de référence puissent être continuellement variables dans le temps selon 15 une fonction linéaire ou non, qui peut être ou non la même pour les deux demi-ondes.
4. 4. SYSTEME DE GENERATION ET D' AUTOCONTROLE DE L FORME D'ONDE ET DE LA TENSION OU DU COURANT APPLICABLE A DES PROCEDES DE COLORATION ELECTROLYTIQUE DE L'ALUMINIUM
5. 20 ANODISE, selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur du signal de référence est un générateur de puissance réduite et de grande versatilité, capable de produire des ondes sinusoïdales, triangulaires ou carrées, à des fréquences qui peuvent être réglées de 25 façon continue entre 0,1 Hz et 5 MHz, avec la possibilité de réaliser un balayage asymétrique et d'obtenir un rapport réglable entre les périodes actives et inactives, ainsi qu'un rapport variable entre les valeurs anodiques et cathodiques, et un mélange de signaux continus et alterna-30 tifs. * * - 14 - «
6. 1 SYSTEME DE GENERATION ET D'AUTOCONTROLE DE LA FORME D'ONDE ET DE LA TENSION OU DU COURANT APPLICABLE A DES PROCEDES DE COLORATION ELECTROLXTIQUE DE L'ALUMINIUM ANODISE, selon les revendications précédentes, caractérisé 5 en ce que, appliqué à la cuve électrolytique, il a été prévu un système d'enregistrement dans lequel sont imprimée) de façon continue toutes les variations des paramètres électriques des deux demi-ondes, anodique et cathodique, en ‘ fonction du temps et pendant toute la durée du processus 10 électrolytique. « ·