Transformateur de soudage avec courant de soudage réglable en continu

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Disposant d'archives assez importantes de documentation technique sur les équipements de soudage, tant nationaux qu'importés, j'ai commencé à les traiter et à systématiser les solutions techniques utilisées dans les équipements de soudage. Naturellement, j'espérais qu'avec l'implication d'Internet, cette tâche serait simplifiée et, peut-être, il serait possible de compléter les informations existantes. En effectuant une recherche constante non seulement dans la partie russophone de l'Internet, mais également dans la partie anglophone, j'ai été surpris de constater que les informations requises étaient presque totalement absentes ou très peu présentées.

On ne peut parler que de quelques conceptions amateurs dont les auteurs les ont développées sans être des spécialistes dans le domaine des équipements de soudage, et ont donc été guidés principalement par des connaissances dans le domaine de l'électronique, et non par les propriétés de soudage d'équipements spécifiques. C'est pourquoi les « soudeurs » amateurs ne permettent pas un allumage facile de l'arc, un soudage « doux » sans éclaboussures importantes du métal des électrodes ou du fil de soudage.

La base de toutes les machines à souder est la source de courant. Le plus simple et, apparemment, le plus courant est le transformateur de soudage. Lors du soudage avec des électrodes enrobées, l'excitation de l'arc de soudage commence par un court-circuit du circuit de soudage - le contact entre l'électrode et la pièce. Cela génère de la chaleur et la zone de contact se réchauffe rapidement. À ce stade, une tension accrue est requise de la part de la source. Par la suite, la résistance de l'entrefer de l'arc diminue, ce qui entraîne une diminution de la tension.

Pendant le processus de soudage, des gouttes de métal d'électrode se détachent de l'électrode et pénètrent dans le bain de soudure, entraînant de fréquents courts-circuits dans le circuit de soudage. À chaque court-circuit successif, la tension chute à zéro et une augmentation du courant semblable à une avalanche se produit jusqu'au niveau du courant de court-circuit, c'est-à-dire courant que la source de soudage peut fournir au maximum. Ceci, à son tour, conduit à des éclaboussures du métal de l'électrode, qui était destinée à remplir le joint. Les soudeurs disent que la soudure est « dure », qu’elle éclabousse et que le joint est mal formé.

En fonction des conditions dans lesquelles se déroule le processus de soudage, il est possible de déterminer à quelles exigences la source d'alimentation à l'arc de soudage doit répondre :

1. La tension « à vide » doit être suffisante pour initier facilement un arc et en même temps ne doit pas atteindre des valeurs dangereuses pour la vie humaine. Cela est particulièrement vrai pour les sources CA.
2. La tension de l'arc doit réagir rapidement à la longueur de l'arc, c'est-à-dire la source doit avoir de bonnes propriétés dynamiques. La caractéristique statique d'une source pour soudage manuel, exprimant la dépendance de la tension de sortie en fonction du courant circulant, doit avoir une pente clairement définie. Ce type de courbe est appelé dépendance U fortement décroissante._Est=f(l_St.).
3. L'ampleur du courant de court-circuit doit être limitée en raison des propriétés de la source et ne pas dépasser le courant de soudage de plus de 40...50 %. Il faut également s'assurer que le circuit de soudage reste longtemps en mode court-circuit sans surchauffer ni endommager les bobinages.

Les exigences ci-dessus ne sont que partiellement remplies dans un certain nombre de conceptions amateurs. Cela est particulièrement vrai pour garantir la pente du graphique U._Est=f(l_St.) et les exigences concernant la sécurité des tensions de sortie.

La situation n'est pas meilleure avec les méthodes de réglage du courant de soudage. Dans la grande majorité des conceptions amateurs, cela revient à réaliser des prises supplémentaires sur l'enroulement primaire du transformateur. Cette solution, bien qu'évidente du point de vue de la simplicité, conduit néanmoins à une complication de la conception de la partie la plus chère de la machine à souder - son transformateur, et à une augmentation de son coût.

La conception comprend des interrupteurs à contacts mobiles, qui sont l'un des éléments les moins fiables. Et le niveau technique de mise en œuvre d'un tel dispositif est primitif. Certes, il existe des conceptions avec des éléments mobiles (bobines ou shunts magnétiques). Mais de telles conceptions impliquent la nécessité de fabriquer des composants mécaniques supplémentaires, ce que beaucoup ne souhaiteraient pas faire et qui augmentent considérablement la complexité de la conception dans son ensemble.

Où est la solution au problème actuel du régulateur ? Une solution au problème d'un transformateur de soudage réglable monophasé est l'utilisation d'un transformateur dit à thyristor, c'est-à-dire un transformateur classique à deux enroulements (primaire et secondaire), équipé d'un régulateur à thyristors. Presque tous les circuits de ces installations de soudage amateurs présentent un inconvénient que leurs auteurs transfèrent des circuits des régulateurs de phase conventionnels conçus pour contrôler le chauffage des fours électriques ou modifier la luminosité des lampes à incandescence.

Avec la construction traditionnelle de la partie puissance des régulateurs de phase à thyristors, lorsqu'on essaie de fournir de faibles courants, les pauses entre les impulsions deviennent si importantes qu'aucune mesure supplémentaire ne peut stabiliser l'arc. Mais la spécificité du circuit conçu pour fonctionner avec des équipements de soudage est qu'il est nécessaire d'assurer la continuité de l'arc sans conduire à une désionisation de l'entrefer de l'arc et à une extinction de l'arc dans les pauses entre impulsions. Face à ce problème, il est utile de rappeler qu’en soudage, il n’est pas nécessaire d’ajuster le courant de zéro au maximum. Il suffit de l'ajuster dans la plage de valeurs requise.

Dans les équipements de soudage industriels de ce type, des circuits spéciaux sont introduits pour alimenter l'arc pendant les pauses entre les impulsions. La figure 1 montre le schéma de connexion d'un transformateur de soudage avec un régulateur à thyristor dans le circuit de son enroulement primaire.

L'enroulement primaire du transformateur est connecté via une self avec une inductance assez grande. Deux thyristors du régulateur sont connectés en contre-parallèle à l'inductance. Avec des thyristors complètement fermés, le courant du transformateur est limité par une self qui possède une réactance inductive assez importante. Les thyristors, à l'ouverture, contournent l'inducteur, ce qui entraîne à terme une augmentation du courant de soudage. Quel que soit l'angle d'ouverture des thyristors, le courant de l'enroulement primaire dans les pauses entre les impulsions ne diminue pas jusqu'à zéro, garantissant ainsi une combustion stable de l'arc à tout courant de soudage. Selon un schéma similaire, ces dernières années, l'industrie a produit en série le transformateur de soudage TZR-500.

La self Dr1 (Fig. 2) peut être enroulée sur le fer du transformateur, semblable au noyau d'un transformateur de soudage.

La section transversale du noyau d'inducteur pour un transformateur pour un courant de soudage de 120... 160 A doit être d'environ 40x50 mm. Le diamètre du fil est choisi égal au diamètre du fil de l'enroulement primaire. Le nombre de tours est de 80 à 120. L'entrefer est d'environ 1,5 mm. Ces chiffres sont très approximatifs et nécessitent quelques précisions pour une conception spécifique.

Les données du transformateur T1 sont déterminées sur la base de données initiales telles que la tension d'alimentation secteur, le courant de soudage maximum et la tension sur l'enroulement secondaire à vide.

Les avantages du schéma indiqué ci-dessous sont une régulation fluide et la possibilité d'utiliser un transformateur prêt à l'emploi avec seulement deux enroulements sans prises. L'inconvénient est la nécessité d'installer un accélérateur assez puissant. En tant que circuit de commande pour un régulateur de phase, un circuit de presque n'importe quel régulateur peut être utilisé, assurant la liaison de l'angle d'ouverture des thyristors à la transition par « 0 » des impulsions du réseau et le contrôle de deux thyristors connectés dos à dos. . Il peut s'agir d'un régulateur avec un transformateur d'impulsions en sortie, ou de thyristors optocoupleurs. Une solution intéressante et moderne pourrait consister à mettre en œuvre un circuit de commande de thyristors basé sur un microcontrôleur avec une unité d'affichage numérique. Si vous complétez le circuit régulateur de phase par des circuits de rétroaction, il sera possible de former une dépendance de la tension sur le courant de soudage.

Auteur : A.M. Semernev

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